[논문 리뷰] Dark matter and Wigner's third positive-energy representation class

Bert Schroer|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 17.

Noncommutative and Quantum Gravity Theories참고 문헌 12인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 위그너의 세 번째 양에너지 표현 계열—무한한 스핀과 비콤파クト한 스트링 국소화 양자장으로 특징지어지는 것—이 중력적 결합과 비중력 상호작용에 대한 완전한 관성 덕분에 어두운 물질의 자연스러운 후보가 될 수 있다고 제안한다. 기존 물질과 달리, 이 '비콤파クト한 물질'은 콤팩트 영역에 국소화될 수 없으며, 표준 탐지기에는 보이지 않지만 은하의 중력 균형에 기여한다.

ABSTRACT

The almost 7 decades lasting futile attempts to understand the possible physical content of the third Wigner representation class (the infinite spin class) came to a partial solution with the 2006 discovery of existence of string-localized spacetime covariantizations . This has led to a still ongoing vast generalization of renormalizability to fields with arbitrary high spin and a better understanding of the origin of partial invisibility as observed in the confinement of gluons and quarks. The present note explains the total (non-gravitational) invisibility of fields associated to the third Wigner representation class. The last section presents a critical look at the possibility that third class Wigner matter may play a role in dark matter formation.

연구 동기 및 목표

• 무한한 스핀으로 특징지어지는 위그너의 세 번째 양에너지 표현 계열이 어두운 물질 후보로 물리적으로 타당한지 탐구하기.
• 이 표현 계열이 점입자장 국소화를 저지하는 이유와 그로 인해 표준 양자장이론으로 기술될 수 없는 이유를 해결하기.
• 이 비콤파クト하고 스트링 국소화된 '물질'이 중력 외에는 완전히 관성적이며, 따라서 어두운 물질 후보로 매력적인지 확인하기.
• 이 표현 계열이 이론의 산물이 아니라 위그너의 1939년 상대론적 입자 분류의 자연스러운 결과임을 확립하기.
• 점입자 국소화의 부재와 스트링 국소화 장의 존재가 결함이 아니라 중력만 작용하는 새로운 종류의 물질을 가능하게 하는 특성임을 주장하기.

제안 방법

• 포incare 군의 위그너의 유니터리 표현에 모듈라 국소화 프레임워크를 적용하여 무한한 스핀 계열의 국소화 성질을 분석하기.
• 잉브라산의 정리를 사용하여 무한 스핀 표현이 점입자 국소화와 호환되지 않음을 입증하고, 이전에 점입자 장으로 기술하려는 尝시의 실패를 확인하기.
• 반무한한 시공간적 스트링 국소화 장을 사용한 장 이론적 기술 수립 — 인과성과 공변성은 유지되지만 콤팩트하게 국소화되지는 않음.
• 스트링 국소화 장을 포함한 상관 함수의 행동을 분석하여, 점입자 복합체가 존재할 경우 상관 함수가 0이 되는 것을 보여주며, 이는 폐쇄성의 징후임.
• 양-밀스 이론에서의 고립된 글루온과 쿼크와 비교하여 이 비콤파クト한 위그너 물질의 유사한 적외선 행동과 산란 과정에서의 관측 불가능성을 강조하기.
• 에너지-운동량 내용을 통해 이 비콤파クト한 물질의 중력 결합을 평가하며, 점입자 에너지-운동량 텐서가 없고 대신 스트링 형태의 표현이 있음을 주목하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위그너의 세 번째 양에너지 표현 계열—무한한 스핀으로 특징지어지는 것—은 상대론적 양자장 이론 내에서 일관되게 기술될 수 있는가?
• RQ2 왜 이 표현 계열은 점입자 양자장으로서의 기술을 저지해왔으며, 그로 인해 물리적 실현 가능성에 어떤 함의가 있는가?
• RQ3 이 표현 계열의 비콤파クト하고 스트링 국소화된 성질이 중력 외의 상호작용에 대해 본질적으로 관성적임을 의미하는가?
• RQ4 스트링 국소화 장을 포함한 상관 함수의 행동은 양-밀스 이론의 것과 어떻게 유사한가? 이는 폐쇄성 유사 성질에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 이 비콤파クト하고 중력만 작용하는 '물질'이 천체물리학적 제약을 위반하지 않고 관측된 어두운 물질을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 이전에 점입자 국소화와의 불일치로 인해 비물리적이라 여겨졌던 무한 스핀 표현 계열이 스트링 국소화 양자장을 통해 일관되게 기술됨을 입증함.
• 이 비콤파クト한 '물질'은 콤팩트한 시공간 영역에 국소화될 수 없지만, 임의의 좁은 시공간적 원뿔 내에서 인과적으로 국소화될 수 있으며, 국소화 중심은 반무한한 스트링을 이룸.
• 이 표현은 질량이 있는 입자와 유한한 스핀을 가진 무질량 입자와는 본질적으로 다름 — 상대론적 물질의 별개의 계열을 이룸.
• 이 이론의 모든 장, 복합 장을 포함해 모두 스트링 국소화되어 있으며, 점입자 생성 장은 존재하지 않아 표준 양자장이론과 구별됨.
• 이 이론은 폐쇄성 유사 성질을 보임: 점입자 장과 스트링 국소화 장을 모두 포함한 상관 함수는 0이 되며, 이는 콤팩트한 물질이 비콤파クト한 물질을 생성하는 비인과적 과정을 방지함.
• 비중력 상호작용에 대한 완전한 관성과 탐지되지 않음에도 불구하고 중력 균형 기여 능력 덕분에, 이 표현 계열은 타당하고 이론적으로 근본적인 어두운 물질 후보임이 입증됨.