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学习计划 - 基本相互作用的理论物理
基本相互作用的理论物理学侧重于研究相对论场论，例如构成粒子物理学标准模型的理论、广义相对论和弦理论，这些理论对许多基本粒子和引力/宇宙学现象提供了惊人的精确预测。此外，它们最近还产生了解决强耦合系统物理问题的新方法，开辟了新的、非常有前途的研究途径；在凝聚态领域，它们在表征新材料方面发挥了重要作用。
基于量子场论的量子信息
这是一系列论文中的第一篇，旨在根据量子场论中的不等时间关联函数来发展相对论量子信息论。在本文中，我们重点介绍了两种形式，它们可以一起提供适合进一步发展的有用理论平台：1）使用量子时间概率 (QTP) 方法进行量子场测量；2）用于因果时间演化的封闭时间路径 (CTP) 形式。QTP 将探测器纳入量子描述，同时强调测量记录是宏观的，可以用经典时空坐标来表示。我们首先给出 n 个测量事件概率的 QTP 公式的新的、基本的推导。然后，我们通过编写关联相关生成函数的显式公式来证明 QTP 与封闭时间路径形式的关系。我们利用 CTP 形式的路径积分表示，以便用路径积分来表示测量概率。之后，我们提供 QTP 形式的一些简单应用。特别是，我们展示了 Unruh-DeWitt 探测器模型和 Glauber 的光电探测理论如何作为极限情况出现。最后，由于量子关联是相对论量子信息和测量中的关键概念，我们强调了 CTP 双粒子不可约有效作用所起的作用，它使我们能够利用非平衡量子场论的资源来实现我们所述的目的。
通过各向异性导电异质结构中的超快电流控制
摘要。对跨纳米界界面的光诱导电荷电流的精确和超快控制可能导致在能量收集，超快电子和连贯的Terahertz来源中的重要应用。最近的研究表明，几种相对论机制，包括逆旋转效应，逆Rashba - Edelstein效应和逆旋转轨道扭转效应，可以将纵向注入的自旋极化电流从磁性材料转化为横向电荷电流，从而使Terahertz Generation均可使用这些电流。但是，这些机制通常需要外部磁场，并且在自旋极化速率和相对论自旋转换的效率方面表现出局限性。我们提出了一种非递归和非磁性机制，该机制直接利用界面上的光激发高密度电荷电流。我们证明了导电氧化物RUO 2和IRO 2的电动各向异性可以有效地将电荷电流偏向横向，从而导致有效和宽带Terahertz辐射。重要的是，与以前的方法相比，这种机制具有更高的转化效率，因为具有较大电动各向异性的导电材料很容易获得，而进一步提高重金属材料的旋转台角度将具有挑战性。我们的发现提供了令人兴奋的可能性，可直接利用这些光激发的高密度电流，用于超快电子和Terahertz光谱。
量子意识的机制，将量子力学与相对性同步 - 意识的新模型
与当前量子重力模型的相对论同步量子力学的同步不同。它起源于物理学哲学的根源和相对论和量子力学的基本概念。它强调了两个有意识的观察者需要体验一个有意识的时刻的事实。已经讨论了各种意识概念，并强调了引入新的量子意识模型的必要性。已经对量子坐标系进行了研究，以解释对“观察”和“现实”现象的当前理解。已经阐述了物理定义的观察结果仅限于Lorentz时空坐标系统，Minkowski协调系统和一般相对论。但是，如果不考虑另一种隐藏的转换来解释量子坐标系，将量子状态转化为相对坐标系，这是两个有意识的观察者之间通过量子状态的交互机制解释的两个有意识的观察者之间的相互作用，就无法完成观察现象。通过产生有意识的时刻的机制来说明流程图，并提出了一种新的意识模型。它强调了以下事实：“现实”与物理学定义的“观察”不同。它影响了特殊相对论的相对论因素，并提出了对其的修改。如果通过实验证明了这种修改的相对论因素，则结果确立了意识的机制和意识研究物理学的显着突破。
高能粒子雷达回波的观测...
简介：超高能（UHE；≳ 10 16 eV）天体物理中微子具有巨大的发现潜力。它们将探测超高能宇宙射线的加速器，超高能宇宙射线的探测能量最高可达 ∼ 10 20 eV。与在宇宙微波背景上向下散射并在磁场中偏转的宇宙射线不同，探测到的中微子将指向其来源。超高能中微子-核子相互作用探测对撞机能量尺度以上的质心能量，从而可以进行灵敏的新物理测试。为了充分利用超高能中微子的科学潜力，我们最终需要一个具有足够曝光度的天文台，即使在悲观的通量情景下也能收集高统计数据。当超高能中微子在物质中相互作用时，它们会产生相对论性粒子级联，以及由于相对论性粒子能量损失而产生的非相对论性电子和原子核尾迹。冰中的时间积分级联轮廓是一个长度约 10 米、半径约 0.1 米的椭圆体。几乎所有的主要相互作用能量都用于介质的电离。来自单个级联电子和正电子的非相干光学切伦科夫辐射可以在 TeV–PeV 探测器（如 IceCube [1]）和类似实验 [2–4] 中探测到。然而，由于中微子谱急剧下降，拟议的后继者 IceCube-Gen2 [5] 的光学探测率太小，不足以成为合适的超高能天文台。已经提出并实施了几种更有效的技术来探测来自超高能中微子的级联。首先，级联中净电荷不对称产生的相干射频辐射（阿斯卡里安效应 [6]）已在实验室中观测到 [7]，并且是过去 [8]、现在 [9–11] 和拟议 [12, 13] 实验的焦点。由于冰中无线电的透明性 [16–20]，无线电方法（详见参考文献 [14, 15]）可以比光学探测器更稀疏地测量大体积 [16–20]，从而使得大型探测器的建造更具成本效益。其次，τ 中微子与地球相互作用，可以产生 τ 轻子（携带大部分原始 ν τ 能量），该轻子离开地球并在空气中衰变，产生 cas-
![arXiv:2207.01141v5 [quant-ph] 2023 年 4 月 14 日](/simg/8\8c8c25845fd86298065cd7ce5d12178a698e3819.webp)
arXiv:2207.01141v5 [quant-ph] 2023 年 4 月 14 日
在本研究中，我们首先收集并概括了几个现有的非微扰模型，用于描述任意弯曲时空中单个两级量子比特探测器与相对论量子标量场之间的相互作用，其中时间演化由简单生成的幺正体给出，即由施密特秩 1 相互作用哈密顿量生成的幺正体。然后，我们扩展了与这些非微扰模型相关的相对论量子通道，以包括量子场的非常大的一类高斯态，其中包括场上的相干和压缩操作（即高斯操作）的任意组合。我们表明，所有涉及非真空高斯态的物理结果都可以用与真空态相互作用的形式重新表述，但高斯算子通过伴随通道应用于场算子，从而有效地给出了时空中因果传播子形式的高斯运算的“傅里叶变换”解释。此外，我们表明，在这些非微扰模型中，可以精确计算 Rényi 熵，因此，通过复制技巧，可以计算与探测器相互作用后场态的冯·诺依曼熵，而无需对探测器和场的联合初始状态的纯度做出任何假设。这为我们提供了场的三参数“广义猫态”系列，其熵是有限的，并且精确可计算。
弦理论简介
2 经典玻色子弦 9 2.1 相对论性点粒子..................................................................................................................................................................9 2.2 玻色子弦作用..................................................................................................................................................................................................12 2.2.1 南部-后藤作用..................................................................................................................................................................................................12 2.2.2 波利亚科夫作用......................................................................................................................................................................12 2.2.2 波利亚科夫作用.............................................................................................................................................................12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 24 2.3.4 D-膜的概念。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 26 2.3.5 Virasoro 发电机。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 28
15.1 未来之路 15.2 最大老化原则
您可能会想，考虑到我们迄今为止所做的一切，解决这些问题应该不会太难。毕竟，我们将电力和磁力和场重新表述为协变相对论语言。对于引力来说，这又会有多难呢？正如我们将在本笔记的下一节中开始看到的，引力引入了复杂性，使得描述引力变得更加困难。事实上，严格地介绍所有细节远远超出了 8.033 的范围。我们将在这堂课中进行更具描述性的分析，看看我们迄今为止学到的技巧对引力不起作用的原因。然后，我们将检查如何继续回答上述两个问题中的第一个问题的高级概要。超出该高级概要大约需要 8.962 学期的一半时间。希望进一步学习该主题的学生可以查看课程 8.228（在 IAP 期间提供），并可能考虑在将来的某个时间点选修 8.962。一旦我们对引力的产生有了大致的了解，描述引力如何作用于物体就不超出 8.033 的课时范围了。探索相对论引力如何作用以及它与牛顿引力有何不同将是我们本学期最后几周的主要工作。要做到这一点，我们首先需要确定一些重要原则。
通过量子机械速率光谱法对石墨烯的电子结构的电化学测量
量子比率理论定义了符合普朗克 - 因斯坦关系𝐸= ℎ𝜈 = ℎ𝜈 = ℎ𝜈 =𝑒=𝑒22 ∕ℎ𝐶的量子机械速率是一个与量子电容𝐶𝐶𝐶𝐶𝑞𝐸=𝐸=𝐸=𝑒=𝑒22 ∕𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑞以前，这种对𝜈的定义已成功地用于定义氧化还原反应的电子转移（ET）速率常数的量子机械含义，其中与ET反应有关的法拉达电流证明了与室温下的相对论量子电动力学有关（Bueno，2023c）。这项研究表明，𝜈的定义需要与态密度的扰动（𝑑𝑛𝑑𝑛𝑑𝐸）=𝐶𝑒2的扰动本质上相关的相对论量子电动力学现象。在此基础上，计算了嵌入电解质环境中的石墨烯的电子结构。使用量子比率光谱法（QRS）测量的电子结构与通过角度分辨的光发射光谱（ARPE）或通过计算密度功能官能理论（DFT）方法计算得出的电子结构非常吻合。电化学QRS比ARPE具有明显的实验优势。例如，QRS可以在室温和电解质环境下获得石墨烯的电子结构，而ARPES需要低温和超高效率。更重要的是，QRS可以使用手持式，廉价的设备在原位上操作，而Arpes一定需要昂贵且繁琐的设备。
实验室产生的湍流无碰撞冲击中的电子加速
天体物理无碰撞激波是宇宙中最强大的粒子加速器之一。超新星遗迹激波是由超音速等离子体流与星际介质剧烈相互作用产生的，据观测，它可以放大磁场 1 并将电子和质子加速到高度相对论速度 2 – 4 。在完善的扩散激波加速模型 5 中，相对论粒子通过反复的激波穿越而加速。然而，这需要一个单独的机制来预加速粒子以实现激波穿越。这被称为“注入问题”，它与电子尤其相关，并且仍然是激波加速中最重要的难题之一 6 。在大多数天体物理激波中，激波结构的细节无法直接解决，因此很难确定注入机制。这里我们报告了激光驱动等离子体流实验和相关模拟的结果，这些实验和模拟探测了在与年轻超新星遗迹相关的条件下湍流无碰撞激波的形成。我们表明，电子可以通过激波向相对论非热能转变过程中产生的小尺度湍流在一阶费米过程中得到有效加速，从而有助于克服注入问题。我们的观测为激波时的电子注入提供了新的见解，并为在实验室内控制研究宇宙加速器的物理原理开辟了道路。大多数天体物理激波都是无碰撞的，这意味着它们是由等离子体不稳定性形成的，等离子体不稳定性通过磁场放大、等离子体加热和粒子加速来耗散流能 6、7。因此，粒子注入与激波形成机制和激波产生的湍流磁场的性质密切相关。这些过程通常受激波马赫数（激波速度与环境阿尔文或声速之比）控制，但其控制方式尚不十分清楚。长期以来，航天器对地球弓形激波的现场测量已经形成了我们对中等阿尔文马赫数（MA ≈ 3 − 10）下无碰撞激波的理解（参考文献 8）。然而，由于这些奇异遥远激波的局部条件约束不充分，我们对超新星遗迹（SNR）激波相关的甚高马赫数范围（MA ≫ 10）的了解要有限得多，而且大部分都是通过数值模拟获得的 9 – 12。在过去十年中，人们在利用千焦耳级激光器产生超音速超阿尔文等离子体方面做出了巨大努力