近年来,在基础概念提案 [1–3] 的基础上,许多作者讨论了进行实验室规模实验以探究引力量子性质的关键问题的想法 [4]。这些实验旨在检验微扰量子化广义相对论(被视为有效的量子场论 [5–8])是否正确描述了低能下的自然。已经提出了许多替代方案。其中包括涉及量子力学引力崩溃的模型 [9, 10]、混合经典-量子模型 [11–13]、引力作为一种新兴力量的模型 1 [15, 16],以及关于红外全息效应的想法 [17, 18]。在未来十年内可能实现的实验可以对这些模型做出决定性的陈述。在这份 Snowmass 白皮书中,我们简要概述了这个新兴的研究计划。我们对理论问题和实验实现提供了非详尽的展望,重点关注未来十年的主要未决问题和研究机会。我们特别强调需要详细的、理论一致的红外重力模型,该模型不同于标准引力子有效场理论。
由于引力相互作用的普遍性,人们普遍预期在重新加热期间,当暴胀随着引力子的发射而发生扰动衰减时,会形成随机引力波 (GW) 背景。此前,文献中只考虑了暴胀主要衰减为轻标量和/或费米子粒子对的模型。我们重点研究最终衰变产物中存在矢量粒子对的情况。针对两种典型的暴胀子和矢量场耦合,给出了三体引力暴胀子衰变的差分衰减速率,并据此预测了它们各自的引力波频谱。结果表明,与标量和费米子的情况类似,得到的引力波谱频率太高,以至于当前和不久的将来的引力波探测实验无法观测到,需要设计新的高频引力波探测器。
在量子理论的界面上理解引力的基本性质是理论物理学中一个重要的未决问题。最近,对引力量子系统的研究,例如在位置的量子叠加中准备的、以引力场为源的大规模量子系统,引起了广泛关注:量子光学实验正在努力在实验室中实现这种场景,测量与量子源相关的引力场有望提供一些有关引力性质的信息。在理论方面,量子信息工具用于解释结果。然而,关于这些实验可以得出关于引力量子性质的确切结论,仍然存在悬而未决的问题,例如,这种状态下的实验是否能够测试引力场的更多部分。在我的演讲中,我将介绍一个新的结果,其中非局域量子源产生的效应无法使用牛顿势再现,也无法作为经典广义相对论的极限。这些效应原则上可以通过进行干涉实验来测量,并且与引力子发射无关。确定比牛顿势能可再现的更强的引力量子方面,对于证明引力场的非经典性和规划新一代实验(在比迄今为止提出的更广泛的意义上测试引力的量子方面)至关重要。
奇点分辨率、暗物质和暗能量:人们一直期望量子力学能够解决经典时空奇点问题。在最近的一篇论文(Das, Phys. Rev. D89 (2014) 084068)中,人们发现这可以通过一种简单的方式实现:在 Raychaudhuri 方程中用量子(Bohmian)轨迹取代经典测地线(该方程通过霍金-彭罗斯奇点定理预测所有经典测地线都是不完整的,时空是奇异的),并表明这些量子轨迹实际上是完整的。换句话说,自然界中基本粒子的量子轨迹将永远延续下去,永远不会遇到任何奇点。此外,这还产生了一种新的量子势,它转化为弗里德曼方程中的宇宙常数项,而弗里德曼方程控制着我们宇宙的演化。由于对量子波函数有一些合理的假设,即它在大尺度上是均匀和各向同性的,与宇宙学原理一致),并且它代表具有小质量的引力子或轴子的凝聚体,与所有理论和观察一致,然后正确地再现了自然界中观察到的小宇宙常数(暗能量)(Ali,Das,Phys. Lett. B741(2015)276)。我们还计算了这种凝聚体的临界温度
摘要:我们利用相对论量子力学来开发通用量子场论基础,适用于理解、分析和设计通用量子天线,以用于安全量子通信系统和其他应用。本文将量子天线视为能够产生我们称之为“量子辐射”的抽象源系统。我们从通用相对论框架出发,其中量子天线系统以基本量子时空场建模。在开发一个框架来解释如何使用微扰相对论量子场论 (QFT) 的方法理解量子辐射之后,我们深入研究了受控抽象源函数的量子辐射问题。我们在中性 Klein-Gordon 线性量子天线的情况下说明了该理论,概述了构建源 - 接收器量子天线系统格林函数的一般方法,后者可用于计算各种候选角量子辐射方向性和增益模式,类似于经典天线理论中的相应概念。我们预计,所提出的形式体系可能会得到扩展,以处理量子通信应用中大量其他可能的受控辐射类型,例如标量、费米子和玻色子粒子的产生,其中每种粒子都可能是无质量的,也可能是质量的。因此,我们的目标是将天线的概念扩展到电磁波之外,现在我们提出的基于 QFT 的量子天线系统概念可用于探索任何类型的相对论粒子的受控辐射场景,即通过部署新的非标准量子信息传输载体(如质量光子、自旋 1/2 粒子、引力子、反粒子、高自旋粒子等),有效地超越众所周知的光子系统的情况。