[论文解读] Lectures on the Infrared Structure of Gravity and Gauge Theory

Andrew Strominger|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2017

Black Holes and Theoretical Physics被引用 36

一句话总结

本文对理解四维量子电动力学、非阿贝尔规范理论和引力的红外结构方面最近的进展提供了教学性的综述，重点探讨了软定理、记忆效应和渐近对称性。它建立了这些现象之间的联系及其对黑洞物理的影响，通过Ward恒等式和软定理揭示了普遍存在的红外动力学。

ABSTRACT

This is a redacted transcript of a course given by the author at Harvard in spring semester 2016. It contains a pedagogical overview of recent developments connecting the subjects of soft theorems, the memory effect and asymptotic symmetries in four-dimensional QED, nonabelian gauge theory and gravity with applications to black holes. The lectures may be viewed online at https://goo.gl/3DJdOr. Please send typos or corrections to [e-mail].

研究动机与目标

• 为四维规范理论和引力的红外结构提供一个教学性的导论。
• 连接量子电动力学、非阿贝尔规范理论和引力中的软定理、记忆效应和渐近对称性。
• 探讨这些红外结构对黑洞物理和量子引力的影响。
• 阐明软定理和渐近对称性在解决散射振幅中红外发散问题中的作用。
• 通过渐近对称性和Ward恒等式框架，统一记忆效应和软定理的概念。

提出的方法

• 使用有效场论技术分析散射过程中软光子和引力子的发射。
• 通过与渐近对称性相关的Ward恒等式推导软定理。
• 将记忆效应作为引力场和电磁场中软定理的物理实现加以应用。
• 在渐近对称性的背景下分析BMS（邦迪-梅茨纳-萨克斯）群及其推广。
• 利用大规范变换框架推导量子电动力学和引力中的普遍软定理。
• 引入软算符形式化以描述软粒子的发射及其对散射振幅的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 量子电动力学和引力中的软定理如何与渐近对称性相关联？
• RQ2 记忆效应在规范理论和引力中的物理意义是什么？
• RQ3 散射振幅中的红外发散如何与软定理和Ward恒等式相关？
• RQ4 渐近对称性在引力和规范理论的量子结构中扮演什么角色？
• RQ5 软定理如何通过统一描述规范和引力相互作用中的低能辐射来实现统一？

主要发现

• 光子和引力子的软定理由与渐近对称性（如BMS群）相关的Ward恒等式推导得出。
• 记忆效应——由于引力波通过导致测试质量发生永久位移——被证明是软定理的直接物理实现。
• 量子电动力学和引力的红外结构由与散射过程细节无关的普遍软定理所支配。
• 渐近对称性（包括大U(1)和超平移）通过Ward恒等式与软电荷的守恒相联系。
• 引力和量子电动力学中的软定理是普遍的，并在微扰理论的所有阶次中成立，表明存在深层次的对称性结构。
• 论文的修订版增加了关于红外发散的简短章节，并修正了若干小错误，增强了对红外效应处理的清晰度。