二重光子
デュアルフォトン
構成素粒子
統計ボソン
家族ゲージボソン
相互作用電磁
状態仮説
理論化された2000年代[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
電荷0  e
スピン1  ħ

理論物理学において、双対光子は、電磁二重性の下で光子の双対となる仮説上の素粒子であり、 M理論を含むいくつかの理論モデル[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]によって予測されている。[ 1 ] [ 2 ]

マクスウェル方程式に磁気単極子を含めると特異点が生じることが示されている。この特異点を回避する唯一の方法は、通常の 4 ベクトルポテンシャル光子に加えて、双対光子と呼ばれる 2 番目の 4 ベクトルポテンシャルを含めることである。 [ 6 ]さらに、標準的な電磁気学のラグランジアンは双対性の下で対称ではない (つまり、電荷と磁荷の間の回転の下で対称ではない) ことがわかっており、これが応力エネルギーテンソル、スピンテンソル、軌道角運動量テンソルに問題を引き起こす。この問題を解決するために、スピン自由度と軌道自由度を自己無撞着に分離した電磁気学の双対対称ラグランジアンが提案されている[ 3 ]。ポアンカレ対称性は、双対電磁気学が自然に自己無撞着な保存則を形成することを意味している。[ 3 ]

二重電磁気学

自由電磁場は、階数2の 共変反対称テンソル によって記述され、Fαβ{\displaystyle F_{\alpha \beta }}

Fαβ＝∂αあβ−∂βあα。{\displaystyle F_{\alpha \beta }=\partial _{\alpha }A_{\beta }-\partial _{\beta }A_{\alpha }\,.}

電磁ポテンシャルは どこにありますか。あα{\displaystyle A_{\alpha}}

二重電磁場は次のように定義される。 ⋆Fαβ{\displaystyle \star F_{\alpha \beta}}

⋆Fαβ＝12ϵαβσλFσλ。{\displaystyle \star F_{\alpha \beta }={\frac {1}{2}}\epsilon _{\alpha \beta }{}^{\sigma \lambda }F_{\sigma \lambda }.}

ここでホッジスターは、レヴィ・チヴィタテンソルは⋆{\displaystyle \star}ϵμνσλ{\displaystyle \epsilon _{\mu \nu \sigma \lambda }}

電磁場とその双対場については、

∂αFαβ＝0、{\displaystyle \partial _{\alpha }F^{\alpha \beta }=0,}
∂α⋆Fαβ＝0。{\displaystyle \partial _{\alpha }{\star }F^{\alpha \beta }=0.}

そして、与えられたゲージ場に対して、双対構成は次のように定義される[ 2 ]。あα{\displaystyle A_{\alpha}}⋆あα{\displaystyle \star A_{\alpha}}

⋆Fαβ（あ）＝Fαβ（⋆あ）、{\displaystyle \star F^{\alpha \beta }(A)=F^{\alpha \beta }(\star A),}
⋆Fαβ（⋆あ）＝−Fαβ（あ）。{\displaystyle \star F^{\alpha \beta }(\star A)=-F^{\alpha \beta }(A).}

ここで、双対光子の場のポテンシャルは、元の場のポテンシャルに非局所的にリンクされています 。⋆あα{\displaystyle \star A_{\alpha}}あα{\displaystyle A_{\alpha}}

p型電気力学

マクスウェルの電磁気学理論のp形式の一般化は、次のように定義される ゲージ不変2形式によって記述される。F{\displaystyle \mathbf {F} }

F＝dあ{\displaystyle \mathbf {F} =d\mathbf {A} }。

これは運動方程式を満たす

d⋆F＝⋆J{\displaystyle d\,{\star }\mathbf {F} =\star \mathbf {J} }

ホッジ星はどこにありますか。 ⋆{\displaystyle \star}

これは時空多様体における次の作用を意味する：[ 7 ] [ 8 ]M{\displaystyle M}

S＝∫M[12F∧⋆F−あ∧⋆J]{\displaystyle S=\int _{M}\left[{\frac {1}{2}}\mathbf {F} \wedge \star \mathbf {F} -\mathbf {A} \wedge \star \mathbf {J} \right]}

ここで、 は電磁場のゲージ不変2形式のホッジ双対です。 ⋆F{\displaystyle \star \mathbf {F} }F{\displaystyle \mathbf {F} }

ダークフォトン

この想像図は暗黒光子A ′が電子と陽電子に崩壊する様子を示している。[ 9 ]

ダークフォトンは、 U(1)ゲージ場に付随するスピン1のボソンであり、質量がゼロである可能性があり[ 10 ] 、電磁気学のように振る舞う。しかし、不安定で質量を持ち、急速に電子-陽電子対に崩壊し、電子と相互作用する可能性がある。

ダークフォトンは、2008年にロッティ・アッカーマン、マシュー・R・バックリー、ショーン・M・キャロル、マーク・カミオンコウスキーによって、ブルックヘブン国立研究所の実験E821における「g -2異常」を説明するものとして初めて提唱されました。[ 11 ]しかし、ブルックヘブンの相対論的重イオン衝突型加速器のPHENIX検出器などのいくつかの実験では除外されました。[ 12 ]

2015年、ハンガリーのデブレツェンにあるハンガリー科学アカデミー原子核研究所は、スピン1の新しい軽いボソンであるX17粒子の存在を示唆しました。これは電子の34倍の重さで[ 13 ] 、17MeVのエネルギーで電子と陽電子の対に崩壊します。2016年には、質量がXボソンであると提案されました。16.7 MeV/ c 2 であり、これはg −2 ミューオン異常を説明しています。[ 13 ] [ 14 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b Tong, D.; Lambert, N. (2008). 「オービフォールド上の膜」. Physical Review Letters . 101 (4) 041602. arXiv : 0804.1114 . Bibcode : 2008PhRvL.101d1602L . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.041602 . PMID  18764318. S2CID  655777 .
  2. ^ a b c Bakas, I. (2010). 「二重光子と重力子」. Publ.Astron.Obs.Belgrade . 88 : 113–132 . arXiv : 0910.1739 . Bibcode : 2010POBeo..88..113B .
  3. ^ a b c d Bliokh, KY; Bekshaev, AY; Nori, F. (2013). 「二重電磁気学：ヘリシティ、スピン、運動量、角運動量」. New Journal of Physics . 15 (3) 033026. arXiv : 1208.4523 . Bibcode : 2013NJPh...15c3026B . doi : 10.1088/1367-2630/15/3/033026 . S2CID 14501052 . 
  4. ^ a b Elbistan, M.; Duval, C.; Horváthy, PA; Zhang, P.-M. (2016). 「双対性とヘリシティ：シンプレクティックな視点」. Physics Letters B. 761 : 265–268 . arXiv : 1608.01131 . Bibcode : 2016PhLB..761..265E . doi : 10.1016 /j.physletb.2016.08.041 . S2CID 119176701 . 
  5. ^ a b Elbistan, M.; Horváthy, PA; Zhang, P.-M. (2017). 「双対性とヘリシティ：光子波動関数アプローチ」. Physics Letters A. 381 ( 30): 2375– 2379. arXiv : 1608.08573 . Bibcode : 2017PhLA..381.2375E . doi : 10.1016/j.physleta.2017.05.042 . S2CID 119180293 . 
  6. ^シングルトン, D. (1996). 「磁荷と2光子による電磁気学」. American Journal of Physics . 64 (4): 452– 458. arXiv : 1106.1505 . Bibcode : 1996AmJPh..64..452S . doi : 10.1119/1.18191 . S2CID 119714958 . 
  7. ^ Henneaux, M.; Teitelboim, C. (1986). 「p型電磁力学」. Foundations of Physics . 16 (7): 593– 617. Bibcode : 1986FoPh...16..593H . doi : 10.1007/BF01889624 . S2CID 59436726 . 
  8. ^ Henneaux, M.; Bunster, C. (2011). 「ねじれた自己双対性に対する作用」. Physical Review D. 83 ( 12) 125015. arXiv : 1103.3621 . Bibcode : 2011PhRvD..83l5015B . doi : 10.1103/PhysRevD.83.125015 . S2CID 119268081 . 
  9. ^ 「視点：暗黒光子に新たな光」（プレスリリース）アメリカ物理学会、2014年11月10日。
  10. ^ Carroll, Sean M. (2008年10月29日). 「ダークフォトン」 . 2015年2月23日閲覧。
  11. ^ Bennett, GW; Bousquet, B.; Brown, HN; Bunce, G.; Carey, RM; Cushman, P .; Danby, GT; Debevec, PT (2006-04-07). 「BNLにおけるE821ミューオン異常磁気モーメント測定の最終報告」. Physical Review D. 73 ( 7) 072003. arXiv : hep-ex/0602035 . Bibcode : 2006PhRvD..73g2003B . doi : 10.1103/PhysRevD.73.072003 . S2CID 53539306 . 
  12. ^ Walsh, Karen McNulty (2015年2月19日). 「RHICのデータ、その他の実験により、『g-2』異常の説明として『ダークフォトン』の役割はほぼ排除される」 . PhysOrg . 2015年2月23日閲覧。
  13. ^ a bカートリッジ、エドウィン (2016). 「ハンガリーの物理学研究室は自然の第5の力を発見したのか？」 . Nature . doi : 10.1038/nature.2016.19957 . S2CID 124347962 . 
  14. ^ Feng, JL; Fornal, B.; Galon, I.; Gardner, S.; Smolinsky, J.; Tait, TMP; Tanedo, P. (2016). 「8Be核遷移における観測異常のプロトフォビック第五力による解釈」 . Physical Review Letters . 117 (7) 071803. arXiv : 1604.07411 . Bibcode : 2016PhRvL.117g1803F . doi : 10.1103/ PhysRevLett.117.071803 . PMID 27563952. S2CID 206279817 .  
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