[論文レビュー] Black Holes with Flavors of Quantum Hair?

Gia Dvali|ArXiv.org|Jul 20, 2006

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、高質量であってもアハロノフ＝ボーム干渉実験によって検出可能な長距離量子的髪の毛が、質量のあるテンソル場を通じてブラックホールに持つ可能性を提唱している。カルツァ＝クライン理論およびストリング理論において、この髪の毛は余剰次元における量子化された一般化された磁気モノポールに起因し、スピン-2の髪の毛は電荷の対応が存在しないにもかかわらず、隠れたフラックス量子化によって制約を受ける。

ABSTRACT

We show that black holes can posses a long-range quantum hair of super-massive tensor fields, which can be detected by Aharonov-Bohm tabletop interference experiments, in which a quantum-hairy black hole, or a remnant particle, passes through the loop of a magnetic solenoid. The long distance effect does not decouple for an arbitrarily high mass of the hair-providing field. Because Kaluza-Klein and String theories contain infinite number of massive tensor fields, we study black holes with quantum Kaluza-Klein hair. We show that in five dimensions such a black hole can be interpreted as a string of `combed' generalized magnetic monopoles, with their fluxes confined along it. For the compactification on a translation-invariant circle, this substructure uncovers hidden flux conservation and quantization of the monopole charges, which constrain the quantum hair of the resulting four-dimensional black hole. For the spin-2 quantum hair this result is somewhat unexpected, since the constituent `magnetic' charges have no `electric' counterparts. Nevertheless, the information about their quantization is encoded in singularity.

研究の動機と目的

• 古典的髪の毛が禁止されている場合でも、ブラックホールが質量のあるテンソル場から長距離量子的髪の毛を有するかどうかを調査すること。
• テーブルトップにおけるアハロノフ＝ボーム干渉実験によって、このような量子的髪の毛が検出可能かどうかを検討すること。
• 無限個の質量励起モードを持つカルツァ＝クライン理論およびストリング理論的枠組みにおける量子的髪の毛の起源と制約を理解すること。
• 特にスピン-2場に対して、5次元テンソルゲージ理論における隠れたフラックス量子化およびモノポール電荷の制約が果たす役割を明らかにすること。
• スピン-2量子的髪の毛において、電荷の対応が存在しないにもかかわらず、ブラックホールの特異点が電荷のない電気的源に関する情報をどのように符号化するかを明確にすること。

提案手法

• 4次元ブラックホールを5次元カルツァ＝クライン理論にアップリフトし、余剰次元に沿ってフラックスが閉じ込められた一般化された磁気モノポールの鎖として解釈すること。
• 磁気ソレノイドをプローブとして用い、位相シフトが全フラックスに依存するアハロノフ＝ボーム効果を適用して量子的髪の毛を検出すること。
• 特に反対称テンソル場に対して、高ランクの形式（例：三形式）および境界項を用いたゲージ不変な結合を用いて、5次元における検出をモデル化すること。
• 特にカルブ＝ラマールド場およびスピン-2場に対して、下位の5次元テンソル理論のゲージ構造からフラックス保存および量子化条件を導出すること。
• 時空特異点が、有効4次元理論にそのような源が存在しない場合でも、隠れた電気的タイプの結合を符号化する役割を分析すること。
• 余剰次元における並進不変性の破れがプローブの種別および境界結合に与える影響を検討し、ソレノイドではなく2-braneなどの対象を用いた検出メカニズムが可能になることを見る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的髪の毛の定理が成立するにもかかわらず、質量のあるテンソル場から生じる検出可能な量子的髪の毛をブラックホールが有することができるか？
• RQ2 ブラックホールの残渣やソレノイドを含むテーブルトップ実験において、アハロノフ＝ボーム効果がどのように量子的髪の毛の検出を可能にするか？
• RQ3 一般化された磁気モノポール配置における5次元フラックス量子化から生じる制約は何か？ そして、それらが4次元ブラックホールの量子的髪の毛に与える影響は？
• RQ4 電荷の対応がなく、磁気的電荷の不変定義が存在しないにもかかわらず、スピン-2理論でなぜフラックス量子化が生じるのか？
• RQ5 有効理論にそのような源が存在しないにもかかわらず、ブラックホール特異点がどのように電気的結合に関する情報を符号化するのか？

主な発見

• スピン-2を含む質量のあるテンソル場からの量子的髪の毛は、任意に高い質量に対してもデカップルせず、アハロノフ＝ボーム位相シフトによる長距離検出が可能である。
• 5次元カルツァ＝クライン理論において、量子的髪の毛を有するブラックホールは、余剰次元に沿ってフラックスが閉じ込められた一般化された磁気モノポールの鎖として解釈される。
• 並進不変性を持つコンパクト化された5次元理論では、モノポール電荷のフラックス量子化が生じ、4次元における観測可能な量子的髪の毛が制約を受ける。
• 電荷の対応が存在しないにもかかわらず、ブラックホール特異点の構造から生じる隠れた電気的タイプの結合が、スピン-2場のフラックス量子化を引き起こす。
• 4次元における検出可能な量子的髪の毛は、ヒッグス効果によって完全なカルツァ＝クライン塔が質量を持つ場合でも、カルブ＝ラマールド場のゼロモードによって制約を受ける。
• 並進不変性が破れている背景では、プローブの種別および境界結合が変化し、ソレノイドではなく2-braneなどの対象を用いた検出が可能になる。