|
中国科学院理论物理研究所吴岳良研究员和他的研究生张睿，以吴岳良研究员提出的引力量子场论和超统一场论为理论框架，对引力和自旋力的基本性质进行了系统化的理论分析和研究。给出了引力量子场论对牛顿万有引力的修正效应和新的自旋作用力的势能形式。 引力量子场论立足的一个基本假设为“描述自然界基本规律的作用量遵循规范不变原理并与时空坐标和标度选择无关。”该理论框架的建立依据两个基本指导原理：所有基本量子场的运动学遵循爱因斯坦狭义相对论和量子力学基本原理；所有基本量子场的动力学由其对应的杨-米尔斯规范对称性所支配的基本相互作用进行描述。该理论框架以狄拉克旋量费米子作为基本量子场，引力由基本量子场的自旋规范对称性和标度规范对称性支配，并导致双标架时空概念的引入。其一为整体平坦的闵氏时空，起着惯性参考系的作用，用以描述基本量子场的运动并很好地定义守恒量；另一为局域平坦的非坐标引力场时空，用于表征相互作用并刻画场的动力学。 由此，引力量子场论打破了爱因斯坦广义相对论基于弯曲时空动力学的广义坐标变换不变假设的局限，使得基本引力场不再是弯曲时空的度规场，而是作为定义在双标架时空上的双协变规范型矢量场。该理论的标度规范对称性可导致一个描述宇宙早期暴胀行为的背景场解。作者在该理论框架的经典背景场下，将完整的拉氏量按照耦合常数以及背景场的阶数微扰展开，得到各个量子场的二次项以及相互作用项。作者通过运用正交归一且完备的张量投影算符将描述基本引力场的双协变规范型矢量场和描述自旋力的自旋规范场（由整体洛伦兹群SO(1,3)和自旋规范群SP(1,3)双协变场所刻画）分解为SO(3)不可约表示的分量场，并将各个场的领头阶相互作用分离出来，分析其规范自由度并确定所需的规范固定项形式，由此推导出互相耦合的不同量子场的二次项所对应的传播子。作者进一步通过投影算符的不可约分解，将引力场的对称与反对称分量的动力学以及自旋规范场的全反对称分量与其它分量的动力学进行分解，在早期宇宙暴胀背景场存在的情况下，推导出该理论框架展开到领头阶所对应的费曼规则。作者讨论了不同规范条件下相应的传播子形式，计算了树图阶的费米子-费米子通过引力场相互作用和自旋规范场相互作用的散射振幅，并利用波恩近似分别给出无质量和有质量费米子的引力相互作用对应的势能。 结果表明，在早期宇宙暴胀背景场作用下，牛顿引力定律将出现明显的修正。修正的牛顿引力公式在整体上多出一个反比于背景场幅度平方的因子，意味着万有引力在宇宙早期背景场下的相互作用变得更强。当把这个修正等效到相应的引力常数，意味着有效引力常数在早期宇宙暴胀场作用下不再是一个常数，而是随时间变化的一个场量。 同时，修正的引力公式还多出一项有待于进一步研究的由狄拉克d-函数平方积分导致的奇异项，该项为引力传播子动量的函数。 作者还研究表明，当对狄拉克旋量场进行非相对论展开，所得到的有质量费米子之间以及费米子与反费米子之间的引力势次领头阶修正与费米子的自旋有关，而这直接表明相对论修正的万有引力将依赖粒子自旋。 类似地，作者讨论了自旋规范相互作用的振幅与波恩近似的势能。自旋力作为该理论框架下的一种新的基本相互作用力，其领头阶只有自旋规范场的全反对称部分与费米子有耦合。由于自旋场的这个分量与费米子是通过轴矢流的形式耦合，得到的非相对论近似下的势能取决于两费米子之间的自旋而不是质量，其轴矢流耦合形式导致该基本相互作用出现一个整体的负号。不同于通常文献中对全反对称挠率场的研究，这个全反对称张量场不是一个独立的规范场，其传播子取决于该完整理论中所涉及到的三个基本耦合常数之间的关系，它将由自旋规范场整体的幺正性与局域性来确定，可导致不同情况下出现自旋平行与自旋反平行费米子之间分别对应的吸引与排斥力发生整体的改变。 相关成果发表在： Yue-Liang Wu and Rui Zhang, Commun. Theor. Phys. 70 (2018) 161 在中国大陆境内点击以下链接可免费获取： http://ctp./EN/abstract/abstract17308.shtml 全球范围内点击以下链接，2019年内可免费获取： https://iopscience./article/10.1088/0253-6102/70/2/161 此文入选《理论物理通讯》2018年亮点文章 (CTP Highlights 2018)。  |
|
|
