Двойной фотон

Статьи о физике двух фотонов см. в разделах «Двухфотонная физика» и «Двухфотонное поглощение» .

Двойной фотон

Состав	Элементарная частица
Статистика	бозонный
Семья	Калибровочный бозон
Взаимодействия	Электромагнитный
Статус	Гипотетический
Теоретический	2000-е
Электрический заряд	0 и
Вращаться	1

В теоретической физике двойной фотон — это гипотетическая элементарная частица , которая является двойником фотона в условиях электро-магнитной двойственности , предсказываемой некоторыми теоретическими моделями. включая М-теорию .

Было показано, что включение магнитного монополя в уравнения Максвелла вносит особенность. Единственный способ избежать сингулярности — включить в дополнение к обычному четырехвекторному потенциалу — фотону — второй четырехвекторный потенциал, называемый дуальным фотоном. Кроме того, обнаружено, что стандартный лагранжиан электромагнетизма не является дуально-симметричным (т.е. симметричным относительно вращения между электрическими и магнитными зарядами), что вызывает проблемы для тензоров энергии-импульса , спина и орбитального углового момента . Для решения этой проблемы был предложен дуальный симметричный лагранжиан электромагнетизма: который имеет самосогласованное разделение спиновых и орбитальных степеней свободы. Симметрии Пуанкаре подразумевают, что двойной электромагнетизм естественным образом создает самосогласованные законы сохранения.

Двойной электромагнетизм

Свободное электромагнитное поле описывается ковариантным антисимметричным тензором $F_{\alpha \beta }$ 2-го ранга по

$F_{\alpha \beta }\,=\,\partial _{\alpha }A_{\beta }\,-\,\partial _{\beta }A_{\alpha }\,.$

где $A_{\alpha }$ электромагнитный потенциал.

Двойное электромагнитное поле $\star F_{\alpha \beta }$ определяется как

$\star F_{\alpha \beta }={\frac {1}{2}}\epsilon _{\alpha \beta }{}^{\sigma \lambda }F_{\sigma \lambda }.$

где $\star$ обозначает двойственный Ходжу , а $\epsilon _{\mu \nu \sigma \lambda }$ тензор Леви -Чивита

Для электромагнитного поля и его двойственного поля имеем

$\partial _{\alpha }F^{\alpha \beta }\,=\,0,$

$\partial _{\alpha }{\star }F^{\alpha \beta }\,=\,0.$

Тогда для данного калибровочного поля $A_{\alpha }$, двойная конфигурация $\star A_{\alpha }$ определяется как

$\star F^{\alpha \beta }(A)\,=\,F^{\alpha \beta }(\star A),$

$\star F^{\alpha \beta }(\star A)\,=\,-F^{\alpha \beta }(A).$

где $\star A_{\alpha }$ потенциал поля двойного фотона и нелокально связан с исходным потенциалом поля $A_{\alpha }$.

p -форма электродинамика

Обобщение в p Максвелла теории электромагнетизма -форме описывается калибровочно-инвариантной 2-формой. $\mathbf {F}$ определяется как

$\mathbf {F} =d\mathbf {A}$.

которое удовлетворяет уравнению движения

$d\,{\star }\mathbf {F} =\star \mathbf {J}$

где $\star$ — оператор звезды Ходжа .

Отсюда следует следующее действие в пространственно-временном многообразии $M$:

$S=\int _{M}\left[{\frac {1}{2}}\mathbf {F} \wedge \star \mathbf {F} -\mathbf {A} \wedge \star \mathbf {J} \right]$

где $\star \mathbf {F}$ является двойственной калибровочно-инвариантной 2-форме $\mathbf {F}$ для электромагнитного поля .

Темный фотон

Впечатление этого художника показывает, что темный фотон А ' распадается на электрон и позитрон.

Темный фотон — это бозон U(1) со спином 1, связанный с калибровочным полем , которое может быть безмассовым. и ведет себя как электромагнетизм . Но он может быть нестабильным и массивным, быстро распадаться на электрон - позитронные пары и взаимодействовать с электронами.

Темный фотон был впервые предложен в 2008 году Лотти Акерман, Мэтью Р. Бакли, Шоном М. Кэрроллом и Марком Камионковски для объяснения « аномалии g –2 » в эксперименте E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории . Тем не менее, это было исключено в некоторых экспериментах, таких как детектор ФЕНИКС на релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвене.

В 2015 году Институт ядерных исследований Венгерской академии наук в Дебрецене , Венгрия, предположил существование нового легкого бозона со спином 1, получившего название частицы X17 , в 34 раза тяжелее электрона. который распадается на пару электрона и позитрона с общей энергией 17 МэВ. В 2016 году было высказано предположение, что именно Х-бозон с массой 16,7 МэВ объясняет g мюонную аномалию −2 .

См. также

• Петля 'т Хоофта - оператор магнитной петли, двойственный петле Вильсона.
• Ковариантные уравнения Максвелла - способы записи некоторых законов физики.
• Темное излучение - постулируемый тип излучения, опосредующий взаимодействие темной материи.
• Двойной гравитон - гипотетическая частица, обнаруженная в супергравитации.
• Электромагнитная математика - Формулировки электромагнетизма
• Поле Калба – Рамона – поле двух форм.
• Электродинамика p-формы - Обобщение электродинамики
• Фотино - Гипотетический суперпартнер фотона.
• Фотон – элементарная частица или квант света.
• Магнитный монополь - Гипотетическая частица с одним магнитным полюсом.
• Магнитный фотон , другое расширение магнитных монополей.
• Уравнения Максвелла - Электромагнетизм в общей теории относительности