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The classical many-body problem is reformulated as a bosonic quantum field theory. Quantum field operators evolve unitarily in the Heisenberg picture so that a quantum Vlasov equation is satisfied as an operator identity. The formalism enables the direct transfer of techniques from quantum information and quantum many-body field theory to classical nonequilibrium statistical mechanics. Implications for quantum algorithms are discussed. | 古典多体問題はボゾン量子場理論として再定式化される。 量子場の作用素はハイゼンベルク描像においてユニタリに発展し、作用素恒等式として量子ブラソフ方程式が満たされる。 この形式化により、量子情報理論と量子多体場理論の手法を古典非平衡統計力学に直接応用することが可能になる。 量子アルゴリズムへの影響についても議論する。 |
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We carry out a detailed analytical investigation of the propagation of gravitational waves in bimetric gravity in a late-time de Sitter epoch. In this regime, the dynamical equations for the massless and massive graviton modes can be decoupled and solved exactly. We provide uniform approximations for the modes in terms of elementary functions, which are valid on all scales and for all viable mass windows. We identify different dynamical regimes for the system, depending on the propagation properties of the massive graviton, and whether the massless and massive components of the signal can be temporally resolved or not. In each regime, we compute the gravitational-wave luminosity distance as a function of redshift and study the propagation of wave packets. Further, by an explicit computation, we show that the massless and massive components of the signal retain their coherence also in the regime where they can be temporally resolved, even when couplings to incoherent matter degrees of freedom are included. | 我々は、後期ド・ジッター期における双計量重力における重力波の伝播について詳細な解析的研究を行う。 この領域では、質量ゼロの重力子モードと質量ゼロの重力子モードの力学方程式を分離し、厳密に解くことができる。 我々は、あらゆるスケールとあらゆる質量窓において妥当な、これらのモードに対する一様近似を基礎関数で与える。 我々は、質量ゼロの重力子の伝播特性、および信号の質量ゼロ成分と質量成分が時間分解できるかどうかに応じて、系の異なる力学領域を特定する。 それぞれの領域において、重力波の光度距離を赤方偏移の関数として計算し、波束の伝播を調べる。 さらに、明示的な計算によって、信号の質量ゼロ成分と質量有成分は、非コヒーレントな物質の自由度との結合を考慮した場合でも、時間分解可能な領域においてもコヒーレンスを維持することを示す。 |
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The perspective that gravity may govern the unification of all known elementary forces calls for an extension of the gauge gravity symmetry group $SL(2,C)$ to the broader local symmetry $SL(2N,C)$, where $N$ reflects the internal $SU(N)$ symmetry subgroup. This extension is shown to lead to a consistent hyperunification framework, provided that the tetrad fields of $% SL(2,C)$ retain their invertibility condition in the extended theory, thus maintaining their connection to gravity. As a result -- while the full gauge multiplet of $SL(2N,C)$ typically comprises vector, axial-vector and tensor field submultiplets of $SU(N)$ -- only the vector submultiplet and singlet tensor field may manifest in an observed particle spectrum. Consequently, the effective symmetry of the theory reduces to $SL(2,C)\times SU(N)$, bringing together $SL(2,C)$ gauge gravity and $SU(N)$ grand unification. As all states in $SL(2N,C)$ are also classified by their spin magnitudes, some $SU(N)$ grand unified models, including the standard $SU(5)$% , appear unsuitable for the standard spin-$1/2$ quarks and leptons. However, applying $SL(2N,C)$ symmetry to a model of composite quarks and leptons, where constituent chiral preons form the fundamental representations, identifies $SL(16,C)$ with its effective $SL(2,C)\times SU(8)$ symmetry accommodating all three quark-lepton families, as the most compelling candidate for hyperunification of the existing fundamental forces. | 重力が既知のすべての素力の統一を支配するという見方は、ゲージ重力対称群$SL(2,C)$をより広い局所対称性$SL(2N,C)$へと拡張することを要求する。 ここで、$N$は内部$SU(N)$対称性部分群を反映する。 この拡張は、$SL(2,C)$の四元場が拡張理論において可逆条件を維持し、重力との関連を維持するという条件で、整合した超統一の枠組みにつながることが示される。 その結果、$SL(2N,C)$の完全なゲージ多重項は通常、$SU(N)$のベクトル、軸性ベクトル、およびテンソル場の多重項から構成されるが、観測される粒子スペクトルにはベクトル多重項と一重項テンソル場のみが現れる可能性がある。 その結果、理論の有効対称性は$SL(2,C)\times SU(N)$に縮小され、$SL(2,C)$ゲージ重力と$SU(N)$大統一が統合される。 $SL(2N,C)$内のすべての状態はスピン大きさによっても分類されるため、標準的な$SU(5)$%を含むいくつかの$SU(N)$大統一モデルは、標準的なスピン$1/2$クォークとレプトンには不適切であるように思われる。 しかし、構成するカイラルプレオンが基本表現を形成する複合クォークとレプトンのモデルに$SL(2N,C)$対称性を適用すると、3つのクォーク・レプトンファミリーすべてを収容する有効$SL(2,C)\times SU(8)$対称性を持つ$SL(16,C)$が、既存の基本力の超統一のための最も説得力のある候補となる。 |
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We propose a bosonic string dual to large $N$ chiral Yang-Mills in two dimensions at finite 't Hooft coupling. The worldsheet theory is a $\beta$-$\gamma$ system deformed by a chiral Polchinski-Strominger term. We reproduce the partition function on a torus, cylinder three-point amplitudes, and the area law for Wilson loops. We also present candidate string duals to symmetric product orbifolds for general seed CFTs with $c<24$ and their $T\bar{T}$-, $J\bar{T}$-deformations. The results hint at interrelations among confining, nonrelativistic and matrix strings, and AdS$_3/$CFT$_2$. | 有限't Hooft結合における2次元の大きな$N$カイラル・ヤン=ミルズ系へのボゾン弦双対を提案する。 世界面理論は、カイラル・ポルチンスキー=ストロミンガー項によって変形された$\beta$-$\gamma$系である。 トーラス上の分配関数、円筒3点振幅、およびウィルソンループの面積則を再現する。 また、$c<24$の一般シードCFTに対する対称積オービフォールドへの候補弦双対と、それらの$T\bar{T}$、$J\bar{T}$変形も示す。 結果は、閉じ込め弦、非相対論的弦、行列弦、およびAdS$_3/$CFT$_2$間の相互関係を示唆する。 |
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Color multiplet structure of the gauge fields and fermions on mass shell in SU(N) Yang-Mills theory is considered according to representations of Weyl group W(SU(N)). An important case of singlet dynamical solutions corresponding to one-dimensional irreducible representations of the Weyl group is revised on a firm basis. We demonstrate that Weyl group as a finite color subgroup of SU(N) manifests a universal singlet structure of one-particle Weyl symmetric quark-gluon solutions. It has been shown that Abelian projected SU(N) Yang-Mills theory with fermions admits only one type of a singlet constituent quark dressed in a singlet gluon field. Physical applications in hadron physics are discussed. | SU(N)ヤン=ミルズ理論におけるゲージ場と質量殻上のフェルミオンのカラー多重項構造を、ワイル群W(SU(N))の表現に基づいて考察する。 ワイル群の1次元既約表現に対応するシングレット力学解の重要な例を、確固たる基盤に基づいて修正する。 SU(N)の有限カラー部分群としてのワイル群は、1粒子ワイル対称クォーク・グルーオン解の普遍シングレット構造を呈することを示す。 フェルミオンを含むアーベル射影SU(N)ヤン=ミルズ理論は、シングレットグルーオン場に包まれたシングレット構成クォークを1種類しか許容しないことが示されている。 ハドロン物理学への物理的応用について議論する。 |
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We study models that give rise to scalar-tensor effective field theories (EFTs) at low energies. Our framework involves massive particles of spin $S=0, 1/2, 1$ coupled to gravity and to a real massless scalar in the UV. Integrating out the massive states leads to a scalar-tensor EFT describing the massless graviton and scalar degrees of freedom. Using the on-shell amplitude methods and the spinor-helicity formalism, we match the two frameworks at one loop, so as to express the EFT Wilson coefficients in terms of the UV masses and coupling. We explore the space of the operators generated in the EFT, including the ones related to the scalar Gauss-Bonnet (SGB) and dynamical Chern-Simons (DCS) gravity theories. We demonstrate that, within our setup, the SGB interactions are always generated with shift-symmetry breaking operators. This is in contrast to the DCS case, where there is a unique choice that preserves the shift symmetry in the IR, corresponding to a theory of spin 1/2 fermions and a complex scalar with a Peccei-Quinn global symmetry. | 低エネルギーにおいてスカラーテンソル有効場理論(EFT)を生み出す模型を研究する。 我々の枠組みは、スピン $S=0, 1/2, 1$ の質量を持つ粒子を重力と紫外域の質量ゼロの実スカラーに結合させたものである。 質量を持つ状態を積分すると、質量ゼロの重力子とスカラー自由度を記述するスカラーテンソルEFTが得られる。 オンシェル振幅法とスピノルヘリシティ形式を用いて、2つの枠組みを1つのループで整合させ、EFTウィルソン係数を紫外域の質量と結合で表現する。 EFTで生成される演算子の空間を、スカラーガウス・ボネ(SGB)重力理論と動的チャーン・サイモンズ(DCS)重力理論に関連するものも含めて探究する。 我々の枠組みでは、SGB相互作用は常にシフト対称性を破る演算子によって生成されることを示す。 これはDCSの場合とは対照的です。 DCSの場合、IRにおけるシフト対称性を保存する唯一の選択肢があり、これはスピン1/2フェルミオンの理論とペッチェイ-クイン大域対称性を持つ複素スカラーに対応します。 |
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We discuss algebraic universality in the sense of P. Vogel for the simplest refined quantity, the Macdonald dimensions. The main known source of universal quantities is given by Chern-Simons theory. Refinement of Chern-Simons theory means introducing additional parameters. At the level of symmetric functions, the refinement is the transition from the Schur functions to the Macdonald polynomials. We consider the Macdonald polynomials associated with the simple Lie algebras, define Macdonald dimensions and dual Macdonald dimensions, and present a universal formula for them that unifies these quantities for algebras associated with simply laced root systems. We also consider mixed Macdonald dimensions that depend on two different root systems. | 最も単純な量であるマクドナルド次元について、P. フォーゲルの意味での代数的普遍性を議論する。 普遍量の主な既知の源はチャーン=サイモンズ理論によって与えられる。 チャーン=サイモンズ理論の洗練とは、追加のパラメータを導入することを意味する。 対称関数のレベルでは、洗練とはシュア関数からマクドナルド多項式への移行である。 単純リー代数に関連するマクドナルド多項式を考察し、マクドナルド次元と双対マクドナルド次元を定義し、それらの普遍式を提示して、単純ルート系に関連する代数に対してこれらの量を統一する。 また、2つの異なるルート系に依存する混合マクドナルド次元も考察する。 |
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We investigate universal signatures of quantum chaos in the presence of time reversal symmetry (TRS) in generic many body quantum chaotic systems (gMBQCs). We study three classes of minimal models of gMBQCs with TRS, realized through random quantum circuits with (i) local TRS, (ii) global TRS, and (iii) TRS combined with discrete time-translation symmetry. In large local Hilbert space dimension $q$, we derive the emergence of random matrix theory (RMT) universality in the spectral form factor (SFF) at times larger than the Thouless time $t_{\mathrm{Th}}$, which diverges with system sizes in gMBQCs. At times before $t_{\mathrm{Th}}$, we identify universal behaviour beyond RMT by deriving explicit scaling functions of SFF in the thermodynamic limit. In particular, in the simplest non-trivial setting - preserving global TRS while breaking time translation symmetry - we show that the SFF is mapped to the partition function of an emergent classical ferromagnetic Ising model, where the Ising spins correspond to the time-parallel and time-reversed pairings of Feynman paths, and external magnetic fields are induced by TRS-breaking mechanisms. Without relying on the large-$q$ limit, we develop a second independent derivation of the Ising scaling behaviour of SFF using space-time duality and parity symmetric non-Hermitian Ginibre ensembles. Moreover, we show that many body effects originating from time-reversed pairings of Feynman paths manifest in the two-point autocorrelation function (2PAF), the out-of-time-ordered correlator (OTOC), and the partial spectral form factor - quantities sensitive to both eigenvalue and eigenstate correlations. We establish that the fluctuations of 2PAF are governed by an emergent three-state Potts model, leading to an exponential scaling with the operator support size, at a rate set by the three-state Potts model. [See full abstract in the paper] | 我々は、一般多体量子カオス系(gMBQC)において時間反転対称性(TRS)が存在する場合の量子カオスの普遍的な特徴を調査する。 我々は、(i) 局所TRS、(ii) 大域TRS、および(iii) 離散時間並進対称性を組み合わせたTRSを持つランダム量子回路によって実現される、TRSを持つgMBQCの3つのクラスの極小モデルを研究する。 大きな局所ヒルベルト空間次元$q$において、gMBQCにおいてシステムサイズとともに発散するサウレス時間$t_{\mathrm{Th}}$よりも大きな時間において、スペクトル形状因子(SFF)におけるランダム行列理論(RMT)の普遍性が出現することを導く。 $t_{\mathrm{Th}}$より前の時間においては、熱力学的極限におけるSFFの明示的なスケーリング関数を導出することにより、RMTを超える普遍的な振る舞いを特定する。 特に、最も単純で非自明な設定(時間並進対称性を破りながら大域TRSを維持する)において、SFFが出現する古典的強磁性イジング模型の分配関数に写像されることを示す。 ここで、イジングスピンはファインマン経路の時間平行および時間反転ペアリングに対応し、外部磁場はTRSの破れのメカニズムによって誘起される。 大q極限に依存せずに、時空双対性とパリティ対称非エルミートジニブレアンサンブルを用いて、SFFのイジングスケーリング挙動の2番目の独立した導出を展開する。 さらに、ファインマン経路の時間反転ペアリングに起因する多くの物体効果が、2点自己相関関数(2PAF)、時間非順序相関関数(OTOC)、および部分スペクトル形状因子といった、固有値相関と固有状態相関の両方に敏感な量に現れることを示す。 2PAFの変動は、出現する3状態ポッツモデルによって支配され、3状態ポッツモデルによって設定される速度で、演算子サポートサイズとともに指数関数的にスケーリングされることを確立する。 [論文の全概要を参照] |
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The purpose of this paper is to describe the basics of a dictionary between Chern-Simons levels in three-dimensional gauged linear sigma models (GLSMs) and the (coincidentally-named) Ruan-Zhang levels for twisted quantum K-theory in mathematics. Each defines a twisting of quantum K-theory, and our proposed dictionary identifies these two twistings, in the cases of projective spaces, Grassmannians, and flag manifolds. We verify the dictionary by realizing the Coulomb branch equations as symbols of certain differential operators annihilating a twisted version of the I function associated to the abelianized GLSM theory, and also by comparing the geometric window for Chern-Simons levels to an analogous window for the Ruan-Zhang levels. In the process, we interpret the geometric window for the Chern-Simons levels in terms of equalities of I and J functions. This provides a fuller mathematical understanding of some special cases in the physics literature. We also make conjectures for twisted quantum K-theory of gerbes, following up earlier conjectures on ordinary quantum K-theory of gerbes. | 本論文の目的は、3次元ゲージ線形シグマ模型(GLSM)のチャーン・サイモンズ準位と、数学におけるツイスト量子K理論の(偶然にも)ルアン・チャン準位との間の辞書の基礎を記述することである。 それぞれが量子K理論のツイストを定義しており、提案する辞書は、射影空間、グラスマン多様体、旗多様体の場合において、これら2つのツイストを識別する。 辞書の検証は、クーロン分岐方程式を、アーベル化GLSM理論に関連するI関数のツイスト版を消滅させる特定の微分作用素の記号として実現すること、およびチャーン・サイモンズ準位の幾何学的窓をルアン・チャン準位の類似の窓と比較することによって行う。 その過程で、チャーン・サイモンズ準位の幾何学的窓を、I関数とJ関数の等式によって解釈する。 これにより、物理学文献におけるいくつかの特殊なケースに対する数学的理解がより深まります。 また、通常のガーベスの量子K理論に関する以前の予想を踏襲し、ツイストガーベスの量子K理論に関する予想も立てます。 |
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We investigate the deformed Schur index in four dimensional N=4 super Yang-Mills theories with $SO$ and $Sp$ gauge groups, generalizing Hatsuda's recent calculations. We express the deformed Schur index as integrals of Koornwinder polynomials and Macdonald polynomials, then perform the integrals in terms of the normalization constants of Macdonald polynomials. We provide explicit results for some low rank gauge groups and for expansion in a $u$ parameter. We discuss various special limits and the tests of S-duality. | 初田の最近の計算を一般化し、$SO$ ゲージ群と $Sp$ ゲージ群を含む4次元N=4超ヤン・ミルズ理論における変形シュアー指数を調べる。 変形シュアー指数を Koornwinder 多項式と Macdonald 多項式の積分として表し、Macdonald 多項式の正規化定数を用いて積分を行う。 いくつかの低ランクゲージ群と $u$ パラメータ展開に対して、具体的な結果を与える。 様々な特殊極限とS双対性の検定について議論する。 |
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In this brief note we present the off-shell superspace formalism for Ali-Ilahi's $(0, 4)$ supersymmetric ADHM instanton linear sigma model in harmonic superspace. Ali-Ilahi's model is dual to the $(0, 4)$ supersymmetric ADHM instanton linear sigma model constructed by Witten in 1995. | この短い論文では、調和超空間における Ali-Ilahi の (0, 4) 超対称 ADHM インスタントン線形シグマ模型のオフシェル超空間形式を提示する。 Ali-Ilahi の模型は、1995 年に Witten によって構築された (0, 4) 超対称 ADHM インスタントン線形シグマ模型の双対である。 |
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We study the celestial CFT dual to theories with bulk supersymmetry. The boundary theory realizes supersymmetry in the spirit of the Green-Schwarz superstring: there is manifest 4d super-Poincar\'e symmetry, but no 2d superconformal symmetry. Nevertheless, we can extend the celestial sphere itself to a supermanifold -- the celestial supersphere. This provides a unified framework for describing key features of celestial holography, including conformally soft theorems, OPEs, and chiral soft algebras. Using these tools, we demonstrate that the $\frak{bms}_{4}$ algebra extends to a novel $\frak{sbms}_{4|\mathcal{N}}$ algebra. We also relate the supersymmetric $L(w_{1+\infty}^\wedge)$ algebra to Hamiltonian vector fields on $\mathbb{C}^{2|\mathcal{N}}$, consistent with the expectation from twistor theory, and deduce the deformation of this algebra by a cosmological constant, $\Lambda$. These results are all universal and independent of the specific details of the underlying theory. | 我々は、バルク超対称性を持つ理論の天体CFT双対を研究する。 境界理論は、グリーン・シュワルツ超弦理論の精神において超対称性を実現する。 すなわち、4次元超ポアンカレ対称性は顕在化するが、2次元超共形対称性は存在しない。 しかしながら、天球自体を超多様体、すなわち天体超球に拡張することができる。 これは、共形ソフト定理、OPE、カイラルソフト代数など、天体ホログラフィーの主要な特徴を記述するための統一的な枠組みを提供する。 これらのツールを用いて、$\frak{bms}_{4}$代数が新しい$\frak{sbms}_{4|\mathcal{N}}$代数に拡張されることを示す。 また、ツイスター理論からの予想と整合的に、超対称代数$L(w_{1+\infty}^\wedge)$を$\mathbb{C}^{2|\mathcal{N}}$上のハミルトンベクトル場と関連付け、この代数が宇宙定数$\Lambda$によって変形されることを導出した。 これらの結果はすべて普遍的であり、基礎理論の具体的な詳細とは独立である。 |
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In this work, we investigate the thermodynamical properties of accelerated charged Anti-de Sitter black holes in the context of rainbow gravity. Concretely, we compute the corresponding quantities needed to study the thermal stability and the critical behaviors including the phase transitions. Linking the acceleration parameter $A$ and the horizon radius $r_h$ via a constant parameter $a$, we discuss the $P$-$v$ criticality behaviors by calculating the critical pressure $P_c$, the critical temperature $T_c$ and the critical specific volume $v_c$ in terms of $a$ and the rainbow gravity parameter $\varepsilon$. As results, we reveal that the ratio $ \dfrac{P_{c}v_{c}}{T_{c}}$ is an universal number with respect to the charge. In small limits of the external parameters, we recover the Van der Waals fluid behaviors. | 本研究では、加速された荷電反ド・ジッターブラックホールの熱力学的性質をレインボー重力の観点から調べる。 具体的には、熱安定性と相転移を含む臨界挙動を研究するために必要な関連量を計算する。 加速パラメータ$A$と地平線半径$r_h$を定数パラメータ$a$を介して結び付け、臨界圧力$P_c$、臨界温度$T_c$、臨界比容積$v_c$を$a$とレインボー重力パラメータ$\varepsilon$に基づいて計算することにより、$P$-$v$臨界挙動について議論する。 その結果、比$\dfrac{P_{c}v_{c}}{T_{c}}$が荷電に関して普遍的な数であることを明らかにする。 外部パラメータの小さな極限において、ファンデルワールス流体挙動を回復する。 |
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We generalize $N \leftrightarrow -N$ duality of dimension formulae of $SU(N)$ representations on a (class of) representations with $N$-dependent Young diagrams (which include the adjoint representation), and on eigenvalues of the Casimir operator for those representations. We discuss the consequences for the hypothesis of universal decomposition of powers of the adjoint representation into Casimir subspaces. | $SU(N)$ 表現の次元公式の $N \leftrightarrow -N$ 双対性を、$N$ 依存ヤング図(随伴表現を含む)を持つ表現(のクラス)と、それらの表現に対するカシミール作用素の固有値に一般化する。 随伴表現の冪のカシミール部分空間への普遍分解の仮説への影響について議論する。 |
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The Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) model provides an analytically tractable framework for exotic strongly correlated phases where conventional paradigms like Landau's Fermi liquid theory collapse. This review offers a pedagogical introduction to the SYK physics, highlighting its unique capacity to model \textit{strange metals} -- systems exhibiting linear-in-temperature resistivity, Planckian dissipation, and quasiparticle breakdown. We systematically construct both Majorana and complex fermion variants, transforming them into training grounds for modern many-body physics techniques, for instance, (1) large-$N$ formulations via disorder averaging and replica symmetry, (2) Schwinger-Dyson and Kadanoff-Baym equations, (3) imaginary time Matsubara formulation, (4) real-time dynamics via Keldysh formalism, and the associated (5) non-perturbative Keldysh contour deformations. These tools lay the foundation for equilibrium thermodynamics, quantum chaos, quench dynamics, and transport in the thermodynamic limit, all within a solvable, chaotic quantum system. Intended as a self-contained resource, the review bridges advanced technical machinery to physical insights, with computational implementations provided. Though principally treating the SYK model as a condensed matter laboratory, we also highlight its profound connection to quantum gravity, woven throughout this work, underscoring how this solvable chaotic fermionic model serves as a lens onto black hole thermodynamics and holographic duality. | Sachdev-Ye-Kitaev(SYK)モデルは、ランダウのフェルミ液体理論のような従来のパラダイムが破綻する、エキゾチックな強相関相に対する解析的に扱いやすい枠組みを提供する。 本レビューは、SYK物理への教育的な入門書であり、温度線形抵抗、プランク散逸、準粒子崩壊を示す系(\textit{ストレンジメタル})をモデル化する独自の能力に焦点を当てている。 我々は、マヨラナ粒子と複素フェルミオン粒子の両方を体系的に構築し、それらを現代の多体物理学の手法、例えば(1)無秩序平均化とレプリカ対称性による大規模$N$定式化、(2)シュウィンガー・ダイソン方程式とカダノフ・バイム方程式、(3)虚時間松原定式化、(4)ケルディッシュ形式による実時間ダイナミクス、および関連する(5)非摂動的ケルディッシュコンター変形の訓練の場へと変換する。 これらのツールは、平衡熱力学、量子カオス、クエンチダイナミクス、そして熱力学的極限における輸送の基礎を築き、これらはすべて可解なカオス量子系内で実現される。 自己完結型のリソースとして意図された本レビューは、計算実装を提供することで、高度な技術的手法と物理的洞察を橋渡しする。 SYKモデルを主に凝縮物質の実験室として扱うものの、本研究全体に織り込まれた量子重力との深いつながりにも焦点を当て、この解けるカオス的フェルミオンモデルがブラックホールの熱力学とホログラフィック双対性を理解するためのレンズとして機能することを強調する。 |
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In this paper, we explore positivity bounds for the effective field theory~(EFT) of a single weakly coupled massive vector field. The presence of both mass and spin makes the crossing properties of the amplitudes vastly complicated -- we address this by parametrizing the amplitudes as products of a polarization matrix and a vector of appropriately chosen functions with simpler crossing properties. The resulting framework involves sum rules and null constraints that allows us to constrain any combination of low-energy observables, such as EFT amplitudes. By varying the value of the vector mass over the cutoff scale, some of our bounds asymptote to the bounds obtained in the context of photons and massless scalars. This work paves the way for future applications to e.g. non-abelian massive vectors, glueballs and theories with spin larger than one. | 本論文では、弱く結合した単一の質量ベクトル場の有効場理論(EFT)の正値性限界を探求する。 質量とスピンの両方が存在すると、振幅の交差特性は非常に複雑になる。 我々は、振幅を分極行列と、より単純な交差特性を持つ適切に選択された関数のベクトルの積としてパラメータ化することで、この問題に対処する。 結果として得られる枠組みには、EFT振幅のような低エネルギー観測量の任意の組み合わせを制約することを可能にする和則とヌル制約が含まれる。 ベクトル質量の値をカットオフスケールにわたって変化させることにより、我々の限界のいくつかは、光子と質量ゼロのスカラーの文脈で得られる限界に漸近する。 本研究は、例えば非アーベル質量ベクトル、グルーボール、スピンが1より大きい理論などへの将来の応用への道を開く。 |
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A family of solutions to the Ernst equation is presented, which, in a certain limit, recovers the Yamazaki-Hori solution - an extension of the Tomimatsu-Sato solutions for all integer values of the deformation parameter $\delta$. Our solution also recovers, as a special case, the formulation given by Vein, which is equivalent to the Yamazaki-Hori solution. Furthermore, our construction establishes a connection to a nonlinear differential equation proposed by Cosgrove, which is also associated with the Ernst equation. | エルンスト方程式の解の族が提示され、ある極限において、変形パラメータ$\delta$のすべての整数値に対する富松-佐藤解の拡張である山崎-堀解が回復される。 我々の解は、特別な場合として、山崎-堀解と等価なVeinによって与えられた定式化も回復する。 さらに、我々の構成は、エルンスト方程式と関連するCosgroveによって提案された非線形微分方程式との関連を確立する。 |
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We study stimulated emission and absorption of gravitons in a squeezed vacuum state immersed in a thermal radiation bath. Employing one-loop interaction-picture perturbation theory, we track the time evolution of the graviton number operator and its expectation value in the squeezed vacuum, which characterizes the inflationary graviton state. In a Minkowski background with a thermal bath as a toy example, we demonstrate that the net graviton emission or absorption rate depends sensitively on the initial squeezing parameters. As a thought experiment, we consider LIGO/Virgo-like detectors operating in radiation at temperatures of order 0.1 GeV and find that graviton occupation numbers at frequencies of order 100 Hz can be significantly enhanced, suggesting a novel mechanism for amplifying gravitational-wave signals. Although these conditions exceed current experimental capabilities, they point toward potential future advances in detection. Extending our analysis to an expanding, radiation-dominated universe, we show that subhorizon gravitons undergo stimulated absorption, while superhorizon modes exhibit secular logarithmic growth, indicating the breakdown of perturbative methods and motivating further investigation. These findings open a new direction for exploring graviton coherence effects in realistic cosmological and laboratory settings. | 熱放射浴中に浸漬されたスクイーズ真空状態における重力子の誘導放出および吸収を研究する。 1ループ相互作用描像摂動論を用いて、インフレーション重力子状態を特徴付けるスクイーズ真空における重力子数演算子とその期待値の時間発展を追跡する。 熱浴を例としてミンコフスキー背景において、正味の重力子放出または吸収率が初期のスクイージングパラメータに敏感に依存することを示す。 思考実験として、0.1 GeVオーダーの温度で動作するLIGO/Virgo型の検出器を考察し、100 Hzオーダーの周波数における重力子占有数が大幅に増加することを見いだし、重力波信号を増幅する新しいメカニズムを示唆している。 これらの条件は現在の実験能力を超えているが、検出における将来の進歩の可能性を示している。 我々の解析を膨張する放射線支配の宇宙に拡張し、地平線下の重力子は誘導吸収を受ける一方、地平線上の超重力子モードは永年対数的増加を示すことを示した。 これは摂動論的手法の破綻を示しており、更なる研究を促すものである。 これらの発見は、現実的な宇宙論的および実験的設定における重力子のコヒーレンス効果の探究に新たな方向性を開くものである。 |
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We calculate the logarithmic temperature corrections to the thermodynamic entropy of four-dimensional near-extremal Reissner-Nordstr\"{o}m de Sitter (dS) black hole by computing a one-loop contribution within the path integral framework in the near-horizon limit. Due to the presence of three horizons, the extremal limit of a charged dS black hole is fundamentally different from its flat and AdS counterparts. In the near-horizon limit, there are three distinct extremal limits known as cold, Nariai, and ultracold configurations. We compute the tensor zero modes of the Lichnerowicz operator acting on linearized metric perturbations for the cold and Nariai extremal limits which are associated with near-horizon AdS$_2$ and dS$_2$ asymptotic symmetries. In particular in the near-Nariai limit we compute the quantum corrections to the Hartle-Hawking wavefunction at late times. Our computation establishes the result that at leading order, the small temperature corrections to the extremal entropy is universal in the cold and Nariai limit, paving the way for similar such computations and tests in higher dimensional dS black hole spacetimes, including rotating dS black holes. | 4次元近傍極限ライスナー・ノルドシュトラス・ド・ジッター(dS)ブラックホールの熱力学的エントロピーに対する対数温度補正を、経路積分の枠組み内で近地平極限における1ループ寄与を計算することにより計算する。 3つの地平線が存在するため、荷電dSブラックホールの極限は、平坦ブラックホールやAdSブラックホールとは根本的に異なる。 近地平極限には、冷、ナリアイ、極低温構成として知られる3つの異なる極限が存在する。 我々は、近地平AdS$_2$およびdS$_2$漸近対称性に関連する冷およびナリアイ極限における線形化計量摂動に作用するリヒネロヴィッチ作用素のテンソル零モードを計算する。 特に近地平ナリアイ極限において、ハートル・ホーキング波動関数の遅い時間における変化。 我々の計算は、主要次数において、極限エントロピーに対する小さな温度補正が冷極限およびナリアイ極限において普遍的であるという結果を確立し、回転するdSブラックホールを含む高次元dSブラックホール時空における同様の計算と検証への道を開く。 |
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We propose a generalization of the Witten conjecture, which connects a descendent enumerative theory with a specific reduction of KP integrable hierarchy. Our conjecture is realized by two parts: Part I (Geometry) establishes a correspondence between the geometric descendent potential (apart from ancestors) and the topological recursion of specific spectral curve data $(\Sigma, x,y)$; Part II (Integrability) claims that the TR descendent potential, defined at the boundary points of the spectral curve (where $dx$ has poles), is a tau-function of a certain reduction of the multi-component KP hierarchy. In this paper, we show the geometric part of the conjecture for any formal descendent theory by using a generalized Laplace transform. Subsequently, we prove the integrability conjecture for the one-boundary cases. As applications, we generalize and prove the $r$KdV integrability of negative $r$-spin theory conjectured by Chidambaram, Garcia-Failde and Giacchetto. We also show the KdV integrability of the total descendent potential associated with the Hurwitz space $M_{1,1}$, whose Frobenius manifold was initially introduced by Dubrovin. | 我々は、子孫列挙理論とKP可積分階層の特定の縮約を結び付けるWitten予想の一般化を提案する。 我々の予想は2つの部分から構成される。 第1部(幾何学)では、幾何学的子孫ポテンシャル(祖先は除く)と特定のスペクトル曲線データ$(\Sigma, x, y)$の位相的再帰との間の対応を確立する。 第2部(積分可能性)では、スペクトル曲線の境界点($dx$が極を持つ)で定義されるTR子孫ポテンシャルが、多成分KP階層の特定の縮約のタウ関数であると主張する。 本論文では、一般化ラプラス変換を用いて、任意の形式子孫理論に対する予想の幾何学的部分を示す。 続いて、1境界の場合の積分可能性予想を証明する。 応用として、Chidambaram、Garcia-Failde、Giacchetto によって予想された負 $r$ スピン理論の $r$KdV 積分可能性を一般化し証明する。 また、Dubrovin によってフロベニウス多様体が初めて導入された Hurwitz 空間 $M_{1,1}$ に付随する全下降ポテンシャルの KdV 積分可能性も示す。 |
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We calculate the thermal renormalized energy-momentum tensor components of a massless scalar field, leading to trace anomaly, on a $(1+1)$ dimensional static black hole spacetime. Using these, the energy density and flux, seen by both static and freely-falling observers, are evaluated. Interestingly for both these observers the aforementioned quantities in Unruh and Boulware vacua are finite at the horizon when the scalar field is in thermal equilibrium with the horizon temperature (given by the Hawking expression). Whereas in Hartle-Hawking vacuum both the observers see finite energy-density and flux at the horizon, irrespective of the value of field temperature. Particularly in the case of Schwarzschild spacetime, a freely falling observer finds its initial critical position $r^c_i = (3/2)r_H$, where $r_H$ is the horizon radius for which energy-density vanishes. | 我々は、(1+1)次元の静的ブラックホール時空において、トレース異常を引き起こす質量ゼロのスカラー場の熱的に正規化されたエネルギー運動量テンソル成分を計算する。 これらを用いて、静的観測者と自由落下観測者の両方から観測されるエネルギー密度とフラックスを評価する。 興味深いことに、スカラー場が地平線温度(ホーキングの式で与えられる)と熱平衡状態にあるとき、ウンルー真空とブールワー真空における前述の量は、これらの両方の観測者にとって地平線上で有限である。 一方、ハートル-ホーキング真空においては、場の温度の値に関わらず、両方の観測者が地平線上で有限のエネルギー密度とフラックスを観測する。 特にシュワルツシルト時空の場合、自由落下する観測者は、初期の臨界位置$r^c_i = (3/2)r_H$を見つけます。 ここで、$r_H$はエネルギー密度がゼロになる地平半径です。 |
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We present a new algorithm for integration-by-parts (IBP) reduction of Feynman integrals with high powers of numerators or propagators, a demanding computational step in evaluating multi-loop scattering amplitudes. The algorithm starts with solving syzygy equations in individual sectors to produce IBP operators that turn seed integrals into IBP equations without artificially raised propagator powers. The IBP operators are expressed in terms of index-shift operators and number operators. We perform row reduction to systematically reshuffle the IBP operators and expose reduction rules with symbolic dependence on the powers of propagators and numerators. When this is insufficient, we produce more symbolic reduction rules by directly solving the linear system of IBP equations in which some propagator/numerator powers are kept symbolic. This linear system is kept small, as the equations are generated from a small set of seed integrals in the neighborhood of the target integral. We stress-test our algorithm against two highly non-trivial examples, namely rank-20 integrals for the double box with an external mass and the massless pentabox. As an application, we revisit the IBP reduction in a calculation of scattering amplitudes for spinning black hole binary systems, which involves two-loop Feynman integrals with complexity greater than 20, and achieve much faster IBP reduction than that of the original calculation. | 我々は、分子または伝播関数の高次べきを持つファインマン積分の部分積分(IBP)縮約のための新しいアルゴリズムを提示する。 これは、多重ループ散乱振幅を評価する上で要求の厳しい計算ステップである。 このアルゴリズムは、まず個々のセクターにおけるシジジー方程式を解き、シード積分を人為的に高められた伝播関数のべきを持たないIBP方程式に変換するIBP演算子を生成する。 IBP演算子は、インデックスシフト演算子と数演算子で表される。 行縮約を実行することでIBP演算子を体系的に並べ替え、伝播関数と分子のべきに記号的に依存する縮約規則を明らかにする。 これが不十分な場合は、一部の伝播関数/分子のべきが記号的に保持されたIBP方程式の線形連立を直接解くことにより、より記号的な縮約規則を生成する。 この線形システムは、目標積分の近傍にある少数の種積分から方程式が生成されるため、規模が小さく抑えられます。 我々は、2つの非常に非自明な例、すなわち外部質量を持つ二重箱と質量のない五重箱のランク20積分に対して、このアルゴリズムをストレステストします。 応用として、回転するブラックホール連星系の散乱振幅の計算におけるIBP縮減を再検討します。 この計算には、20を超える計算量を持つ2ループのファインマン積分が含まれており、元の計算よりもはるかに高速なIBP縮減を実現します。 |
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HF QPOs are among the most intriguing phenomena observed in LMXBs containing BHs or neutron stars. In this work, we investigate charged particles' dynamics in the nearby of a Schwarzschild-like BH embedded in a uniform magnetic field and surrounded on all sides by CDM. Thereby gaining deeper insight into the influence of magnetic and DM distributions on observable phenomena near compact objects. We first present a modified metric, which incorporates the effects of a CDM ... We compute the fundamental oscillation frequencies-radial, latitudinal, Keplerian, and Larmor-and demonstrate how their variation depends on the combined influence of CDM and magnetic field strength. The resulting frequency structure allows us to identify resonance radii associated with HF QPOs, particularly those in 3:2 ratios observed in microquasars. We assess several theoretical models for QPO generation, including the (ER), Relativistic Precession (RP), Tidal Disruption (TD), and Warped Disk (WD) models. A comparative fit of observational data from GRS 1915+105, H1743-322, XTE 1550-564, and GRO 1655-40 demonstrate that the TD and WD models provide the best match for HF QPOs in the presence of moderate magnetic flux ($B' = 0.1$), while the other models except ER fit better in weak-field scenarios. Our results highlight the importance of including both magnetic and dark matter (DM) effects in strong-field astrophysics and support the use of HF QPOs as sensitive probes of BH environments. This study opens new perspectives for exploring particle dynamics, accretion disk structure ... | HF QPOは、BHまたは中性子星を含むLMXBで観測される最も興味深い現象の一つです。 本研究では、均一な磁場に埋め込まれ、四方をCDMに囲まれたシュワルツシルト型BH近傍における荷電粒子のダイナミクスを調査します。 これにより、磁気分布とDM分布がコンパクト天体近傍の観測現象に与える影響について、より深い知見を得ます。 まず、CDMの効果を取り入れた修正されたメトリクスを提示します。 … 基本振動周波数(動径、緯度、ケプラー、ラーモア)を計算し、それらの変動がCDMと磁場強度の複合的な影響にどのように依存するかを示します。 得られた周波数構造により、HF QPOに関連する共鳴半径、特にマイクロクエーサーで観測される3:2の比の共鳴半径を特定することができます。 QPO生成に関するいくつかの理論モデル(ERモデル、相対論的歳差運動モデル、RPモデル、潮汐破壊モデル、ワープディスクモデルなど)を評価した。 GRS 1915+105、H1743-322、XTE 1550-564、GRO 1655-40の観測データの比較フィッティングにより、中程度の磁束($B' = 0.1$)が存在する場合、TDモデルとWDモデルがHF QPOに最もよく適合することが示された。 一方、ER以外の他のモデルは、弱磁場シナリオにおいてよりよく適合した。 私たちの結果は、強磁場天体物理学において磁気効果と暗黒物質(DM)効果の両方を考慮することの重要性を強調し、HF QPOをBH環境の高感度プローブとして使用することを支持する。 本研究は、粒子動力学、降着円盤構造などを探求するための新たな視点を開くものである。 |
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Recently, we used methods of arithmetic geometry to study the anomaly-free irreducible representations of an arbitrary gauge Lie algebra. Here we generalize to the case of products of irreducible representations, where it is again possible to give a complete description. A key result is that the projective variety corresponding to $m$-fold product representations of the Lie algebra $\mathfrak{su}_n$ is a rational variety for every $m$ and $n$. We study the simplest case of $\mathfrak{su}_3$ (corresponding to the strong interaction) in detail. We also describe the implications of a number-theoretic conjecture of Manin (and related theorems) for the number of chiral representations of bounded size $B$ (measured roughly by the Dynkin labels) compared to non-chiral ones, giving a precise meaning to the sense in which the former (which are those most relevant for phenomenology) are rare compared to the latter. As examples, we show that, for both irreducible representations of $\mathfrak{su}_5$ and once-reducible product representations of $\mathfrak{su}_3$ that are non-anomalous, the number of chiral representations is asymptotically between $B (\log B)^5$ and $B^\frac{4}{3}$, while the number of non-chiral representations is asymptotically $B^2$. Despite this rarity of chiral, anomaly-free, product representations, we show that there are examples relevant for phenomenology, including one that gives an asymptotically-free gauge theory with Lie algebra $\mathfrak{su}_7$. | 最近、我々は数論幾何学の手法を用いて、任意のゲージリー代数の異常性のない既約表現を研究した。 本研究では、既約表現の積の場合に一般化し、この場合も完全な記述が可能となる。 重要な結果は、リー代数$\mathfrak{su}_n$の$m$次元積表現に対応する射影多様体が、任意の$m$と$n$に対して有理多様体であるということである。 我々は、最も単純な$\mathfrak{su}_3$の場合(強い相互作用に対応する)を詳細に研究する。 また、Manin の数論的予想(および関連定理)が、有限サイズ $B$(おおよそ Dynkin ラベルで測られる)のカイラル表現の数と非カイラル表現の数との比較に与える影響についても述べ、前者(現象論に最も関連のある表現)が後者と比較して稀であるという意味に正確な意味を与える。 例として、異常でない $\mathfrak{su}_5$ の既約表現と $\mathfrak{su}_3$ の一度既約な積表現の両方について、カイラル表現の数は漸近的に $B (\log B)^5$ と $B^\frac{4}{3}$ の間であるのに対し、非カイラル表現の数は漸近的に $B^2$ であることを示す。 カイラルで異常性のない積表現は稀であるにもかかわらず、リー代数 $\mathfrak{su}_7$ を持つ漸近的に自由なゲージ理論を与える例など、現象論に関連する例が存在することを示す。 |
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We examine the restoration of the residual gauge symmetry in the Yang-Mills theory to be regarded as a confinement criterion. For this purpose we restrict the four-dimensional $SU(2)$ Yang-Mills instantons to those with spatial spherical symmetry $SO(3)$, which automatically causes the dimensional reduction of the four-dimensional $SU(2)$ Yang-Mills theory to the two-dimensional $U(1)$ gauge-scalar theory as implemented explicitly by the Witten transformation. In this setting, we show that the restoration of the residual gauge symmetry occurs due to condensations of instantons and anti-instantons, although the residual gauge symmetry was spontaneously broken in the perturbative vacuum. This result demonstrates that the true confinement phase is a disordered phase in which all symmetries remain unbroken. | ヤン・ミルズ理論における残差ゲージ対称性の回復が閉じ込め基準として考えられるかどうかを検証する。 この目的のために、4次元$SU(2)$ヤン・ミルズ・インスタントンを空間球対称性$SO(3)$を持つものに限定する。 これにより、4次元$SU(2)$ヤン・ミルズ理論は、ウィッテン変換によって明示的に実現される2次元$U(1)$ゲージ・スカラー理論へと自動的に次元縮小される。 この設定において、残差ゲージ対称性は摂動真空中で自発的に破れているにもかかわらず、残差ゲージ対称性の回復はインスタントンと反インスタントンの凝縮によって起こることを示す。 この結果は、真の閉じ込め相はすべての対称性が破れていない無秩序相であることを示している。 |
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We reconsider the restoration of the residual gauge symmetry (RGS) due to topological effects as a possible criterion for color confinement. Although the RGS is ``spontaneously broken'' in the perturbative vacuum, it must be restored in the true confining vacuum of QCD, provided that color confinement phase is a disordered phase where all of symmetries are unbroken. Therefore, the disappearance of the massless Nambu-Goldstone pole associated with this spontaneously breaking can be regarded as a criterion for color confinement. In the Lorenz gauge, indeed, the restoration condition was shown to agree with the Kugo-Ojima color confinement criterion at least for a special choice of the residual gauge transformation. In the previous paper, we have proposed to generalize this idea by including the topological defects. In this paper, we elaborate this scenario and obtain the criterion (i) by examining a finite large gauge transformation to properly take into account the topological effects and to specify the RGS, and (ii) by obtaining the condition for restricting the possible topological configurations so that they give a finite Euclidean action to give a non-vanishing contribution to the path integral. | 我々は、位相効果による残差ゲージ対称性(RGS)の回復を、カラー閉じ込めの可能な基準として再考する。 RGSは摂動真空中では「自発的に破れる」が、カラー閉じ込め相がすべての対称性が破れない無秩序相である場合、QCDの真の閉じ込め真空中では必ず回復する。 したがって、この自発的破れに伴う質量ゼロの南部-ゴールドストーン極の消失は、カラー閉じ込めの基準とみなすことができる。 実際、ローレンツゲージにおいては、少なくとも残差ゲージ変換の特別な選択に対して、回復条件は久後-小島のカラー閉じ込め基準と一致することが示された。 前回の論文では、位相欠陥を含めることでこの考え方を一般化することを提案した。 本論文では、このシナリオを詳細に検討し、(i)有限の大きなゲージ変換を検討して位相効果を適切に考慮しRGSを特定することにより、(ii)経路積分にゼロでない寄与を与える有限のユークリッド作用を与えるように可能な位相配置を制限するための条件を得ることにより、基準を得る。 |
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We initiate a study of the complexity of quantum field theories (QFTs) by proposing a measure of information contained in a QFT and its observables. We show that from minimal assertions, one is naturally led to measure complexity by two integers, called format and degree, which characterize the information content of the functions and domains required to specify a theory or an observable. The strength of this proposal is that it applies to any physical quantity, and can therefore be used for analyzing complexities within an individual QFT, as well as studying the entire space of QFTs. We discuss the physical interpretation of our approach in the context of perturbation theory, symmetries, and the renormalization group. Key applications include the detection of complexity reductions in observables, for example due to algebraic relations, and understanding the emergence of simplicity when considering limits. The mathematical foundations of our constructions lie in the framework of sharp o-minimality, which ensures that the proposed complexity measure exhibits general properties inferred from consistency and universality. | 量子場の理論(QFT)の複雑性に関する研究は、QFTとその観測量に含まれる情報の尺度を提案することにより開始される。 最小限の主張から、理論や観測量を特定するために必要な関数と領域の情報量を特徴付ける、形式と次数と呼ばれる2つの整数によって複雑性を測ることが自然に導かれることを示す。 この提案の強みは、あらゆる物理量に適用できることであり、したがって、個々のQFT内の複雑性の解析だけでなく、QFT空間全体の研究にも使用できる。 摂動論、対称性、くりこみ群の文脈において、このアプローチの物理的解釈を議論する。 主な応用としては、例えば代数的関係による観測量の複雑性減少の検出や、極限を考慮した際の単純性の出現の理解などが挙げられる。 私たちの構成の数学的基礎は、鋭いO-極小性の枠組みにあり、これにより、提案された複雑性尺度は、一貫性と普遍性から推論される一般的な特性を示すことが保証されます。 |
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Within the relaxation time approximation under a constant mass profile, we investigate the collective dynamics of a system of massive relativistic particles described by the Maxwell-Boltzmann equilibrium distribution. We analytically derive the two-point retarded correlation functions for both charge and energy-momentum tensor components at arbitrary momentum and frequency. We expand our results in the limits of very small and very large mass-to-temperature ratios ($m/T$). Similar to the massless case, we identify a critical threshold in ($k \tau$) below which the correlators permit physical solutions. This behavior arises from a logarithmic branch cut in the spectral function. At higher momenta, solutions emerge significantly below this cut, corresponding to non-hydrodynamic modes. Our analysis demonstrates that hydrodynamic poles dominate in the strong coupling regime, while the weak coupling regime features a logarithmic branch cut extending along $\omega = k$ and $\omega = -k$. Notably, in the sound channel, finite mass modifies the standard propagating sound mode, converting it into a purely imaginary mode. In contrast, the shear channel exhibits modes that asymptotically converge to their massless counterparts. Additionally, we compute the transport coefficients for shear and bulk viscosity, along with higher-order gradient corrections up to third order, expressed as perturbative expansions in both the small and large ($m/T$) regimes. | 一定質量プロファイルにおける緩和時間近似を用いて、マクスウェル・ボルツマン平衡分布で記述される質量を持つ相対論的粒子系の集団ダイナミクスを解析的に調べる。 任意の運動量および周波数における電荷テンソル成分とエネルギー運動量テンソル成分の両方について、2点遅延相関関数を解析的に導く。 我々は、質量温度比($m/T$)が非常に小さい場合と非常に大きい場合の極限まで結果を拡張する。 質量がゼロの場合と同様に、相関関数が物理的解を許容する臨界閾値($k \tau$)を特定する。 この挙動は、スペクトル関数の対数分岐カットに起因する。 高運動量では、このカットよりかなり下で解が出現し、非流体力学的モードに対応する。 解析の結果、強結合領域では流体力学的極が支配的であるのに対し、弱結合領域では$\omega = k$と$\omega = -k$に沿って延びる対数分岐切断線が現れることが明らかになった。 特に、音波チャネルでは、有限質量が標準的な伝播音波モードを修正し、純虚数モードに変換する。 対照的に、せん断チャネルでは、質量のないモードに漸近収束するモードが現れる。 さらに、せん断粘性および体積粘性に関する輸送係数、ならびに3次までの高次勾配補正を、微小領域と大領域($m/T$)の両方で摂動展開として計算する。 |
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Fractonic superfluids are featured by the interplay of spontaneously broken charge symmetry and mobility constraints on single-particle kinematics due to the conservation of higher moments, such as dipoles, angular charge moments, and quadrupoles. Building on prior studies by Yuan \textit{et al.} [\href{https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.023267}{Phys. Rev. Res. 2, 023267 (2020)}] and Chen \textit{et al.} [\href{https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013226}{Phys. Rev. Res. 3, 013226 (2021)}], we study a class of fractonic superfluids, termed \textit{hybrid fractonic superfluids} (HFS), in which bosons of multiple species interact while moment hybridization is conserved. We explore the consequences of hybridization via two model series: \textit{Model Series A}, conserving total moments of the same order across species, and \textit{Model Series B}, conserving total moments of different orders. In Model Series A, we analyze dipole moment hybridization and extend the discussion to higher-order moments, examining the ground state, Goldstone modes, correlation functions, and so on. We compute the minimal spatial dimensions, where the total charge symmetry begins to get partially broken via particle-hole condensation, leading to true off-diagonal long-range order. In Model Series B, we focus on HFS with hybrid dipole-quadrupole conservation. For both series, we introduce Bose-Hubbard-type lattice models that reduce to either of both series in the weak Hubbard interaction regime. We perform a mean-field analysis on the global phase diagram and discuss experimental realizations in strongly tilted optical lattices via a third-order perturbation theory. This work, alongside prior studies, completes a trilogy on fractonic superfluids, uncovering symmetry-breaking physics emerging from higher moment conservation, leaving various promising studies for future investigation. | フラクトン超流体は、自発的に破れた電荷対称性と、双極子、角電荷モーメント、四重極子といった高次モーメントの保存則による単粒子運動学への移動度制約との相互作用を特徴とする。 これは、Yuan \textit{et al.} [\href{https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.023267}{Phys. Rev. Res. 2, 023267 (2020)}] と Chen \textit{et al.} [\href{https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013226}{Phys. Rev. Res. 3, 013226 (2021)}]では、多種のボソンが相互作用し、モーメント混成が保存される、\textit{ハイブリッドフラクトン超流体} (HFS) と呼ばれるフラクトン超流体のクラスを研究する。 混成の影響を2つのモデルシリーズ、\textit{モデルシリーズA}(種を超えて同じオーダーの全モーメントを保存する)と\textit{モデルシリーズB}(異なるオーダーの全モーメントを保存する)を用いて調査する。 モデルシリーズAでは、双極子モーメント混成を解析し、基底状態、ゴールドストーンモード、相関関数などを検討しながら、高次モーメントへの議論を拡張する。 粒子-正孔凝縮によって全電荷対称性が部分的に破れ始め、真の非対角長距離秩序につながる最小空間次元を計算する。 モデルシリーズBでは、ハイブリッド双極子-四極子保存則を持つHFSに焦点を当てます。 両シリーズにおいて、弱ハバード相互作用領域で両シリーズのいずれかに帰着するボーズ-ハバード型格子モデルを導入します。 全体相図の平均場解析を行い、三次摂動論を用いて強く傾いた光格子における実験的実現について議論します。 本研究は、先行研究と併せてフラクトン超流体に関する三部作を完成させ、高次モーメント保存則から生じる対称性の破れの物理を明らかにし、今後の有望な研究を残しています。 |
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In this paper, we study the motion of neutral and electrically charged particles in the vicinity of a deformed-Schwarzschild black hole inspired by Loop Quantum Gravity (LQG). To examine the motion of an electrically charged test particle, we propose an expression for electromagnetic 4-potential that contains the impacts of loop quantum gravity. This electromagnetic 4-potential satisfies approximately the covariant Maxwell's equations to first order in the loop quantum effects. We explore the effects of the loop quantum correction parameter on the particle geodesics. We investigate the innermost stable circular orbits (ISCOs) for both neutral and electrically charged particles in detail, demonstrating that the loop quantum parameter significantly influences on the ISCO radius, causing it to shrink. Finally, we explore the accretion disk around the loop quantum black hole. We delve into the electromagnetic radiation flux, temperature, differential luminosity, and the spectral luminosity as radiation properties of the accretion disk in detail. We show that the loop quantum correction parameter shifts the profile of the electromagnetic flux and accretion disk temperature towards the central object, leading to a slight increase in these quantities. | 本論文では、ループ量子重力(LQG)に着想を得た変形シュワルツシルトブラックホール近傍における中性粒子と荷電粒子の運動を解析する。 荷電粒子の運動を調べるために、ループ量子重力の影響を考慮した電磁4元ポテンシャルの表現を提案する。 この電磁4元ポテンシャルは、ループ量子効果において共変マクスウェル方程式をほぼ一次まで満たす。 ループ量子補正パラメータが粒子測地線に及ぼす影響を解析する。 中性粒子と荷電粒子の両方について、最内安定円軌道(ISCO)を詳細に解析し、ループ量子パラメータがISCO半径に大きな影響を与え、それを縮小させることを示す。 最後に、ループ量子ブラックホール周囲の降着円盤を解析する。 降着円盤の放射特性として、電磁放射フラックス、温度、微分光度、スペクトル光度を詳細に検討する。 ループ量子補正パラメータが電磁放射フラックスと降着円盤温度のプロファイルを中心天体方向にシフトさせ、これらの量がわずかに増加することを示す。 |
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We introduce affinizations and deformations of the BPS Lie algebra associated to a tripled quiver with potential, and use them to precisely determine the $T$-equivariant cohomological Hall algebra $\mathcal{H}_{\mathbb{A}^2}^T$ of compactly supported coherent sheaves on $\mathbb{A}^2$, acted on by a torus $T$. In particular we show that this algebra is spherically generated for all $T$. | 我々は、ポテンシャルを持つ三重箙状体に関連するBPSリー代数のアフィン化と変形を導入し、それらを用いて、トーラス$T$が作用する、$\mathbb{A}^2$上のコンパクトに支えられた連接層の$T$同変コホモロジー・ホール代数$\mathcal{H}_{\mathbb{A}^2}^T$を精密に決定する。 特に、この代数はすべての$T$に対して球状生成されることを示す。 |
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Given a family of varieties, the Euler discriminant locus distinguishes points where Euler characteristic differs from its generic value. We introduce a hypergeometric system associated with a flat family of very affine locally complete intersection varieties. It is proven that the Euler discriminant locus is its singular locus and is purely one-codimensional unless it is empty. Of particular interest is a family of very affine hypersurfaces. We coin the term hypergeometric discriminant for the characteristic cycle of the hypergeometric system and establish a formula in terms of likelihood equations. | 多様体の族が与えられたとき、オイラー判別軌跡は、オイラー特性がその生成値と異なる点を区別する。 我々は、非常にアフィンな局所完備交差多様体の平坦な族に関連付けられた超幾何系を導入する。 オイラー判別軌跡はその特異軌跡であり、空でない限り純粋に1次元であることが証明されている。 特に興味深いのは、非常にアフィンな超曲面の族である。 我々は、超幾何系の特性サイクルに対して「超幾何判別式」という用語を新たに考案し、尤度方程式を用いて公式を確立する。 |
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A relativistic self-gravitating equilibrium system with steady flow as well as spherical symmetry is discovered. The energy-momentum tensor contains the contribution of a current related to the flow and the metric tensor does an off-diagonal component to balance with the flow momentum. The presence of the off-diagonal component of the metric implies the radial motion of the reference frame, which gives rise to a problem how the relativistic effect is included in thermodynamic observables for such a general relativistic system. This problem is solved by taking an instantaneously rest frame in which geometric thermodynamic observables read as previously and giving them the special relativistic effect emerged from the inverse transformation to the original frame pointwise. The solution of the thermodynamic observables in accord with the laws of thermodynamics and the theory of relativity is presented. Finally the relativistic structure equations for the equilibrium are derived, from which the general relativistic Poisson equation as well as the heat conduction one are developed exactly. | 定常流と球対称性を持つ相対論的自己重力平衡系が発見された。 エネルギー運動量テンソルは流れに関連する電流の寄与を含み、計量テンソルは流れの運動量と釣り合うように非対角成分を持つ。 計量の非対角成分の存在は参照系の径方向運動を意味し、このような一般相対論系の熱力学的観測量に相対論的効果をどのように含めるかという問題が生じる。 この問題は、幾何学的熱力学的観測量が従来通りである瞬間静止系を取り、元の系への逆変換から生じる特殊相対論的効果を点ごとに与えることで解決される。 熱力学法則と相対性理論に従った熱力学的観測量の解が提示される。 最後に、平衡状態における相対論的構造方程式が導出され、そこから一般相対論的ポアソン方程式と熱伝導方程式が正確に導出される。 |
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The Anderson model in one dimension is a quantum particle on a discrete chain of sites with nearest-neighbor hopping and random on-site potentials. It is a progenitor of many further models of disordered systems, and it has spurred numerous developments in various branches of physics. The literature is silent, however, on practical analytic tools for computing the density-of-states of this model when the distribution of the on-site potentials is arbitrary. Here, supersymmetry-based techniques are employed to give an explicit linear integral equation whose solutions control the density-of-states. The output of this analytic procedure is in perfect agreement with numerical sampling. By Thouless formula, these results immediately provide analytic control over the localization length. | 一次元アンダーソン模型は、最近傍ホッピングとランダムなオンサイトポテンシャルを持つ離散的なサイト鎖上の量子粒子である。 これは、無秩序系の多くのモデルの祖であり、物理学の様々な分野における数多くの発展を促してきた。 しかしながら、オンサイトポテンシャルの分布が任意の場合のこのモデルの状態密度を計算するための実用的な解析ツールについては、文献には何も記載されていない。 ここでは、超対称性に基づく手法を用いて、解が状態密度を制御する明示的な線型積分方程式を与える。 この解析的手順の出力は、数値サンプリングと完全に一致する。 サウレスの公式により、これらの結果は局在長に対する解析的制御を直ちに提供する。 |
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Understanding how quantum chaotic systems generate entanglement can provide insight into their microscopic chaotic dynamics and can help distinguish between different classes of chaotic behavior. Using von Neumann entanglement entropy, we study a nonentangled state evolved under three variants of the Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) model with a finite number of Majorana fermions $N$. All the variants exhibit linear entanglement growth at early times, which at late times saturates to a universal value consistent with random matrix theory (RMT), but their growth rates differ. We interpret this as a large-$N$ effect, arising from the enhanced non-locality of fermionic operators in SYK and binary SYK, absent in spin operators of the spin-SYK model. Numerically, we find that these differences emerge gradually with increasing $N$. Although all variants are quantum chaotic, their entanglement dynamics reflect varying degrees of chaos and indicate that the entanglement production rate serves as a fine-grained probe of chaos beyond conventional measures. To probe its effect on thermalization properties of these models, we study the two-point autocorrelation function, finding no differences between the SYK variants, but deviations from RMT predictions for $N \geq 24$, particularly near the crossover from exponential decay to saturation regime. | 量子カオス系がどのようにエンタングルメントを生成するかを理解することで、その微視的なカオス的ダイナミクスに関する知見が得られ、異なる種類のカオス的挙動を区別するのに役立ちます。 フォン・ノイマン・エンタングルメント・エントロピーを用いて、有限個のマヨラナフェルミオン$N$を持つSachdev-Ye-Kitaev(SYK)モデルの3つの変種の下で発展する非エンタングルメント状態を研究します。 すべての変種は、初期には線形エンタングルメント成長を示し、後期にはランダム行列理論(RMT)と整合する普遍的な値に飽和しますが、成長率はそれぞれ異なります。 私たちはこれを、SYKおよびバイナリSYKにおけるフェルミオン演算子の非局所性の増大に起因する大きな$N$効果と解釈しています。 これは、スピンSYKモデルのスピン演算子には見られません。 数値的に、これらの違いは$N$の増加とともに徐々に現れることがわかりました。 すべてのバリアントは量子カオスであるが、それらのエンタングルメントダイナミクスは様々な程度のカオスを反映しており、エンタングルメント生成率が従来の尺度を超えたカオスの細粒度プローブとして機能することを示唆している。 これらのモデルの熱化特性への影響を調べるために、2点自己相関関数を調べたところ、SYKバリアント間に違いは見られなかったが、特に指数関数的減衰から飽和領域へのクロスオーバー付近で、$N \geq 24$ におけるRMT予測からの逸脱が見られた。 |
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In Ref. [1], the spacetime geometry generated by compact objects in $(2+1)$-dimensional Bopp-Podolsky electrodynamics is derived. Using a perturbative approach, the authors derived a charged BTZ-like black hole solution and computed corrections up to second order in a perturbative expansion valid far from the horizon. In this work, we investigate the same circularly symmetric three-dimensional charged BH solution pierced by disclinations. We begin by analyzing the motion of photons within this spacetime, focusing on how the geometric parameters influence the effective potential governing null geodesic motion. The corresponding equations of motion are derived, and the resulting orbital dynamics are explored through graphical methods to show the influence of key parameters including the BH mass $M$, electric charge $Q$, cosmological constant $\Lambda$, and BP coupling parameter $b^2$. Extending our analysis to wave dynamics, we examine the propagation of massless scalar fields in the BH solution by solving the Klein-Gordon equation. Through suitable coordinate transformations, we derive a Schr\"odinger-like equation with an effective potential that encodes the influence of the topological defect and electromagnetic corrections. Additionally, we investigate quantum gravitational effects by applying the Generalized Uncertainty Principle (GUP) to derive a GUP-corrected Hawking temperature, revealing systematic suppression of thermal radiation that could lead to stable BH remnants. Finally, we compute Keplerian frequencies for circular orbits, demonstrating how the interplay between charge, nonlinear electrodynamics, and disclination parameters creates distinctive observational signatures that could potentially test modified gravity theories in strong-field regimes. | 文献 [1] では、(2+1) 次元ボップ・ポドルスキー電磁力学においてコンパクト天体によって生成される時空幾何学が導出されている。 摂動論的アプローチを用いて、著者らは荷電 BTZ 型ブラックホール解を導出し、地平線から遠く離れた場所まで有効な摂動展開において 2 次までの補正を計算した。 本研究では、回位角によって貫かれた同じ円対称 3 次元荷電 BH 解を調べる。 まず、この時空内の光子の運動を解析し、幾何学的パラメータがヌル測地線運動を支配する有効ポテンシャルにどのように影響するかに焦点を当てる。 対応する運動方程式を導出し、結果として得られる軌道ダイナミクスをグラフィカル手法を用いて調査し、BH 質量 $M$、電荷 $Q$、宇宙定数 $\Lambda$、BP 結合パラメータ $b^2$ などの主要パラメータの影響を示す。 解析を波動力学に拡張し、クライン・ゴルドン方程式を解くことで、BH解における質量ゼロのスカラー場の伝播を調べる。 適切な座標変換により、位相欠陥と電磁補正の影響を符号化した有効ポテンシャルを持つシュレーディンガー型方程式を導出する。 さらに、一般化不確定性原理(GUP)を適用してGUP補正ホーキング温度を導出することで量子重力効果を調べ、安定したBH残留につながる可能性のある熱放射の系統的な抑制を明らかにする。 最後に、円軌道のケプラー周波数を計算し、電荷、非線形電気力学、および偏角パラメータの相互作用が、強場領域における修正重力理論を検証できる可能性のある特徴的な観測シグネチャーをどのように作り出すかを示す。 |
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In this work, we promote the global $SL(2,\mathbb{R})$ symmetry of the Schwarzian derivative to a local gauge symmetry. To achieve this, we develop a procedure that potentially can be generalized beyond the $SL(2,\mathbb{R})$ case: We first construct a composite field from the fundamental field and its derivative such that it transforms linearly under the group action. Then we write down its gauge-covariant extension and apply standard gauging techniques. Applying this to the fractional linear representation of $SL(2,\mathbb{R})$, we obtain the gauge-invariant analogue of the Schwarzian derivative as a bilinear invariant of covariant derivatives of the composite field. The framework enables a simple construction of N\"other charges associated with the original global symmetry. The gauge-invariant Schwarzian action introduces $SL(2,\mathbb{R})$ gauge potentials, allowing for locally invariant couplings to additional fields, such as fermions. While these potentials can be gauged away on topologically trivial domains, non-trivial topologies (e.g., $S^1$) lead to distinct topological sectors. We mention that in the context of two-dimensional gravity, these sectors could correspond to previously discussed defects in the bulk theory. | 本研究では、シュワルツ微分の大域的 $SL(2,\mathbb{R})$ 対称性を局所ゲージ対称性へと昇格させる。 これを実現するために、$SL(2,\mathbb{R})$ の場合を超えて一般化できる可能性のある手順を開発する。 まず、基本場とその微分から、群作用の下で線型変換するような合成場を構築する。 次に、そのゲージ共変拡大を書き記し、標準的なゲージング手法を適用する。 これを $SL(2,\mathbb{R})$ の分数線型表現に適用することで、シュワルツ微分のゲージ不変な類似体を、合成場の共変微分の双線型不変量として得る。 この枠組みは、元の大域対称性に関連するN個の他の電荷の単純な構成を可能にする。 ゲージ不変なシュワルツ作用は$SL(2,\mathbb{R})$ゲージポテンシャルを導入し、フェルミオンなどの追加の場との局所不変な結合を可能にする。 これらのポテンシャルは位相的に自明な領域ではゲージ化できるが、非自明な位相(例えば$S^1$)は異なる位相セクターをもたらす。 2次元重力の文脈において、これらのセクターはバルク理論における前述の欠陥に対応する可能性があることに言及する。 |
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In this work, we investigate the one-dimensional $XX$ lattice model and its cousins through the lens of momentum and winding $U(1)$ symmetries. We distinguish two closely related $\mathbb{Z}_2$ symmetries based on their relation to the $U(1)$ symmetries, and establish a web of $\mathbb{Z}_2$-gauging relations among these models, rooted in two fundamental seeds: the $ XY \pm YX$ models. These two seeds, each self-dual under gauging of the respective $\mathbb{Z}_2$-symmetries, possess manifestly symmetric conserved charges, making transparent the connection between the noninvertible symmetries and the Kramers-Wannier duality. By leveraging the self-dualities of these two seed models, we derive the self-dualities of their cousins, including the $XX$ model and the Levin-Gu model, through appropriate gauging procedures. Moreover, under these gauging schemes, the lattice T-duality matrices take the form of the identity matrix. These lattice models flow to the $c =1$ compact boson conformal field theory, with a twist that depends on the lattice size modulo four. Finally, we unify the mapping structures of local conserved charges across these models, providing a comprehensive framework for understanding their symmetries and dualities. | 本研究では、1次元$XX$格子模型とその類似模型を、運動量対称性と巻き$U(1)$対称性の観点から考察する。 $U(1)$対称性との関係に基づき、密接に関連する2つの$\mathbb{Z}_2$対称性を区別し、これらの模型間に、2つの基本的な種、すなわち$ XY \pm YX$模型を根底とする$\mathbb{Z}_2$ゲージ関係の網を構築する。 それぞれの$\mathbb{Z}_2$対称性のゲージングに関して自己双対となるこれらの2つの種は、明らかに対称的な保存電荷を持ち、非可逆対称性とクラマース・ワニエ双対性との関係を明らかにする。 これら2つのシードモデルの自己双対性を利用して、適切なゲージング手順を通して、それらの類似モデル($XX$モデルやLevin-Guモデルなど)の自己双対性を導出します。 さらに、これらのゲージング手法では、格子T双対性行列は単位行列の形をとります。 これらの格子モデルは、格子サイズを法として4に依存するひねりを加えて、$c = 1$コンパクトボソン共形場理論へと流れます。 最後に、これらのモデル間で局所保存電荷の写像構造を統一し、それらの対称性と双対性を理解するための包括的な枠組みを提供します。 |
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Confinement in Quantum Chromodynamics (QCD), binding quarks and gluons into hadrons, is characterized by a linear potential and the Wilson loop area law. We develop an analytical framework in $\text{SU(3)}$ gauge theory, proposing a hybrid effective string model that integrates chromoelectric flux tubes with topological corrections from \(\mathbb{Z}_3\) center vortices. Using strong-coupling expansion, we derive the Wilson loop expectation value, incorporating novel logarithmic vortex corrections, and compute a modified confining potential with non-universal terms. A central focus is the entanglement entropy of a confined quark-antiquark pair, modeled as a phase-damping quantum channel driven by the $\text{SU(3)}$ confining potential and vortex effects. We analytically demonstrate that confinement increases entropy, reflecting suppressed quantum correlations due to flux tube formation, with vortices enhancing decoherence. Our results are compared with holographic predictions. This work synthesizes $\text{SU(3)}$ gauge theory, topology, and quantum information, offering new insights into QCD confinement's quantum structure through a unique interplay of string dynamics, \(\mathbb{Z}_3\) vortices, and entanglement. | クォークとグルーオンをハドロンに束縛する量子色力学(QCD)における閉じ込めは、線形ポテンシャルとウィルソンループ面積則によって特徴付けられる。 我々は$\text{SU(3)}$ゲージ理論の解析的枠組みを開発し、クロモエレクトリックフラックスチューブと\(\mathbb{Z}_3\)中心渦からの位相補正を統合したハイブリッド有効弦モデルを提案する。 強結合展開を用いて、新たな対数渦補正を組み込んだウィルソンループ期待値を導出し、非普遍項を含む修正閉じ込めポテンシャルを計算する。 中心的な焦点は、閉じ込められたクォーク-反クォーク対のエンタングルメントエントロピーであり、$\text{SU(3)}$閉じ込めポテンシャルと渦効果によって駆動される位相減衰量子チャネルとしてモデル化される。 我々は、閉じ込めによってエントロピーが増大することを解析的に実証した。 これは、磁束管形成による量子相関の抑制を反映しており、渦糸はデコヒーレンスを増強する。 我々の結果をホログラフィック予測と比較する。 本研究は、$\text{SU(3)}$ゲージ理論、トポロジー、そして量子情報を統合し、弦動力学、\(\mathbb{Z}_3\)渦糸、そしてエンタングルメントの独特な相互作用を通して、QCD閉じ込めの量子構造に関する新たな知見を提供する。 |
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Thermal two-point functions in holographic CFTs receive contributions from two parts. One part comes from the identity, the stress tensor and multi-stress tensors and constitutes the stress-tensor sector. The other part consists of contributions from double-trace operators. The sum of these two parts must satisfy the KMS condition -- it has to be periodic in Euclidean time. The stress-tensor sector can be computed by analyzing the bulk equations of motions near the AdS boundary and is not periodic by itself. We show that starting from the expression for the stress-tensor sector one can impose the KMS condition to fix the double-trace part, and hence the whole correlator. We perform explicit calculations in the asymptotic approximation, where the stress-tensor sector can be computed exactly. One can either sum over the thermal images of the stress-tensor sector and subtract the singularities or solve for the KMS condition directly and perform the Borel resummation of the resulting double-trace data -- the results are the same. | ホログラフィックCFTにおける熱2点関数は、2つの部分からの寄与を受ける。 1つは恒等関数、応力テンソル、および多重応力テンソルから成り、応力テンソルセクターを構成する。 もう1つの部分は、二重トレース演算子からの寄与で構成される。 これら2つの部分の和はKMS条件を満たす必要があり、ユークリッド時間で周期的でなければならない。 応力テンソルセクターは、AdS境界付近の体積運動方程式を解析することで計算でき、それ自体では周期的ではない。 応力テンソルセクターの表現式から出発して、KMS条件を課すことで二重トレース部分を固定し、ひいては相関関数全体を固定できることを示す。 漸近近似において明示的な計算を行い、応力テンソルセクターを正確に計算する。 応力テンソルセクターの熱画像を合計して特異点を差し引くか、KMS条件を直接解き、得られた二重トレースデータに対してボレル再和を求めるかのいずれかの方法で計算できます。 結果は同じです。 |
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We consider generation from the vacuum of a scalar charged field in a rigidly rotating frame. Adding an external magnetic field opens the way to Bose condensation of the field. This phenomenon has been studied for external uniform magnetic field occupying the whole volume of the uniformly rotating cylindrical system of finite radius $R$ with a Dirichlet boundary condition imposed on it. Besides continuing this study, we consider the field formed by a flux tube of small radius. We find numerical solutions of the Ginzburg-Pitaevskii equation for the charged scalar field, the critical rotation frequencies, the mean radii and the condensate energies, and compare them with those found in a linearization scheme and with approximate analytical solutions. We show that for the same input parameters the energy of the condensate in the case of the flux tube is lower than in the case of uniform magnetic field in the whole cylinder. | 我々は、剛体回転系における真空からのスカラー荷電場の発生について考察する。 外部磁場を加えると、場のボーズ凝縮が起こり得る。 この現象は、ディリクレ境界条件が課せられた有限半径 R の一様回転円筒系において、その全体積を占める一様外部磁場について研究されてきた。 この研究を継続するとともに、小半径の磁束管によって形成される場について考察する。 荷電スカラー場、臨界回転周波数、平均半径、および凝縮エネルギーに関するギンツブルグ-ピタエフスキー方程式の数値解を求め、それらを線形化スキームおよび近似解析解で求められる値と比較する。 同じ入力パラメータに対して、磁束管の場合の凝縮エネルギーは、円筒全体に一様磁場がある場合よりも低いことを示す。 |
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Entanglement and stabilizer entropy are both involved in the onset of complex behavior in quantum many-body systems. Their interplay is at the root of complexity of simulability, scrambling, thermalization and typicality. In this work, we study the dynamics of entanglement, stabilizer entropy, and the anti-flatness of the entanglement spectrum after a quantum quench in a spin chain. We find that free-fermion theories show a gap in the long-time behavior of these resources compared to their random matrix theory value while non-integrable models saturate it. | エンタングルメントと安定化エントロピーは、量子多体系における複雑な挙動の発現に関与している。 これらの相互作用は、シミュレーション可能性、スクランブル、熱化、典型性の複雑さの根底にある。 本研究では、スピン鎖における量子クエンチ後のエンタングルメント、安定化エントロピー、そしてエンタングルメントスペクトルの反平坦性のダイナミクスを研究する。 自由フェルミオン理論では、これらの資源の長時間挙動に、ランダム行列理論の値と比較してギャップが見られるのに対し、非積分モデルでは飽和することがわかった。 |
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Ultra-high energy (UHE) photons above 10^{18} eV serve as valuable probes of fundamental physics. While typically produced in interactions involving charged particles, they could also originate from exotic sources such as annihilations of magnetically charged monopole-antimonopole pairs or decays of highly accelerated monopoles (10^{21} eV). Detecting such photons would impose constraints on monopole properties. Despite strong theoretical motivations and extensive experimental searches, no monopoles have been observed to date. A possible explanation beyond high monopole masses arises from Staruszkiewicz's quantum theory of infrared electromagnetic fields. His argument, rooted in the positivity of the Hilbert space norm, suggests that isolated magnetic monopoles may not be physically realizable. If correct, this would imply that while monopoles remain mathematically well-defined within field theories, only magnetically neutral configurations could exist in nature. | 10^{18} eVを超える超高エネルギー(UHE)光子は、基礎物理学の貴重なプローブとして機能します。 通常は荷電粒子との相互作用で生成されますが、磁気的に荷電したモノポール-反モノポール対の消滅や、高度に加速されたモノポール(10^{21} eV)の崩壊など、特異な発生源から発生することもあります。 このような光子を検出すると、モノポールの特性に制約が課されます。 強力な理論的動機と広範な実験的探索にもかかわらず、現在までにモノポールは観測されていません。 高いモノポール質量を超えた可能性のある説明は、Staruszkiewiczの赤外線電磁場の量子理論から生まれます。 ヒルベルト空間ノルムの正値性に根ざした彼の議論は、孤立した磁気モノポールは物理的に実現不可能であることを示唆しています。 もしこれが正しければ、モノポールは場の理論の中で数学的に明確に定義されているものの、自然界には磁気的に中性な構成しか存在できないことを意味します。 |
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The framework of General Relativity (GR) has recently been expanded through the introduction of Cotton Gravity (CG), a theoretical extension proposed by J. Harada. This modified approach integrates the Cotton tensor into the gravitational field equations, naturally encompassing all conventional GR solutions while allowing the cosmological constant to emerge as an integration constant. In this study, we delve into the implications of CG when coupled with nonlinear electrodynamics (NLED), constructing and analyzing three distinct static, spherically symmetric configurations. Our investigation centers on the horizon structure, metric characteristics, and the underlying NLED Lagrangian density of each model. We also confront the theoretical predictions with observational data by comparing the calculated shadow radii of these solutions to constraints imposed by the Event Horizon Telescope's (EHT) measurements of Sgr A$^{*}$. The results reveal an extensive spectrum of spacetime geometries, ranging from multi-horizon structures to naked singularities. Furthermore, the agreement between the predicted shadow sizes and EHT observations reinforces the viability of these models in describing the astrophysical image of Sgr A$^{*}$ within certain parameter bounds. | 一般相対性理論(GR)の枠組みは、原田淳一郎によって提案された理論的拡張であるコットン重力(CG)の導入によって近年拡張された。 この修正されたアプローチは、コットンテンソルを重力場方程式に統合し、従来のGR解をすべて自然に包含すると同時に、宇宙定数を積分定数として出現させることを可能にする。 本研究では、CGを非線形電気力学(NLED)と組み合わせた場合のその意味を深く掘り下げ、3つの異なる静的球対称構成を構築・解析する。 本研究は、各モデルの地平構造、計量特性、および基礎となるNLEDラグランジアン密度に焦点を当てる。 また、これらの解の計算された影の半径を、イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)によるSgr A$^{*}$の測定によって課された制約と比較することにより、理論予測と観測データを対比させる。 結果は、多地平構造から裸の特異点に至るまで、広範な時空幾何学を明らかにしています。 さらに、予測された影の大きさとEHT観測結果の一致は、これらのモデルが一定のパラメータ範囲内でSgr A$^{*}$の天体物理学的像を記述する上で妥当であることを裏付けています。 |
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We describe a method for computing the anomaly of any finite unitary symmetry group $G$ acting by finite-depth quantum circuits on a two-dimensional lattice system. The anomaly is characterized by an index valued in the cohomology group $H^4(G,U(1))$, which generalizes the Else-Nayak index for locality preserving symmetries of quantum spin chains. We show that a nontrivial index precludes the existence of a trivially gapped symmetric Hamiltonian; it is also an obstruction to ``onsiteability" of the symmetry action. We illustrate our method via a simple example with $G=\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2$. Finally, we provide a diagrammatic interpretation of the anomaly formula which hints at a higher categorical structure. | 2次元格子系上の有限深さ量子回路によって作用する任意の有限ユニタリー対称群$G$の異常性を計算する手法を述べる。 この異常性はコホモロジー群$H^4(G,U(1))$の値をとる指数によって特徴付けられ、これは量子スピン鎖の局所性保存対称性に対するエルス・ナヤック指数の一般化である。 非自明な指数は、自明にギャップを持つ対称ハミルトニアンの存在を排除することを示す。 これはまた、対称作用の「オンサイト可能性」に対する障害でもある。 我々は、$G=\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2\times\mathbb{Z}_2$ という簡単な例を用いて、我々の手法を説明する。 最後に、高次の圏論的構造を示唆する異常性の公式の図式的解釈を示す。 |
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We show that the equal-time commutation relations (ETCRs) among the time derivatives of the metric tensor identically vanish in the higher-derivative de Donder gauge as well as the conventional de Donder gauge (or harmonic gauge) for general coordinate invariance in the manifestly covariant canonical operator formalism of quadratic gravity. These ETCRs provide us with the vanishing four-dimensional commutation relation, which implies that the metric tensor behaves as if it were not a quantum operator but a classical field. In this case, the micro-causality is valid at least for the metric tensor in an obvious manner. This fact might be a manifestation of renormalizability of quadratic gravity in case of the canonical operator formalism. | 計量テンソルの時間微分間の等時間交換関係(ETCR)は、高階微分ド・ドンダーゲージと従来のド・ドンダーゲージ(あるいは調和ゲージ)の両方において、2次重力の明白に共変な正準作用素形式における一般座標不変性に対して等しく消滅することを示す。 これらのETCRは4次元交換関係の消滅をもたらし、計量テンソルが量子作用素ではなく古典場であるかのように振舞うことを意味する。 この場合、ミクロ因果律は少なくとも計量テンソルに対しては明白に成立する。 この事実は、正準作用素形式の場合の2次重力のくりこみ可能性の現れである可能性がある。 |
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We develop a systematic method for analyzing the causal structure at vertices in (2+1)-dimensional Lorentzian simplicial gravity. By examining the intersection patterns of lightcones emanating from a vertex with its simplicial neighbourhood, we identify 13 distinct causal types of Lorentzian tetrahedra-excluding configurations with null faces. This forms the basis for a topological classification of the local causal structure in terms of the number of connected spacelike and timelike regions on the triangulated 2-sphere surrounding the vertex. These local causal data allow us to identify regular causal structures and new types of causal irregular configurations, generalizing well-known (1+1)-dimensional topologies, such as `Trousers' and `Yarmulkes', to higher dimensions. We further investigate the dynamical implications of vertex causality by analyzing the behaviour of deficit angles and the Regge action in explicit configurations. Transitions in vertex causal structure coincide with singularities in the curvature and action, suggesting discrete topology change. Causally irregular hinges correspond to discrete conical singularities, while vertex causal irregularities manifest as point-like singularities. Interestingly, we find that vertex and hinge causality are generally independent. These results have direct implications for discrete quantum gravity approaches where the emergence of semiclassical spacetime depends on how causal structures are encoded within the triangulation. | 我々は、(2+1)次元ロレンツ型単体重力における頂点の因果構造を解析するための体系的な手法を開発した。 頂点から発せられる光円錐とその単体近傍との交差パターンを調べることで、ヌル面を持つロレンツ型四面体排除配置の13種類の因果型を同定した。 これは、頂点を取り囲む三角形二次元球面上の連結した空間的および時間的領域の数に基づいて、局所因果構造を位相的に分類するための基礎となる。 これらの局所因果データにより、規則的な因果構造と新しいタイプの因果的不規則配置を同定することができ、「ズボン」や「ヤルムルケ」といったよく知られた(1+1)次元位相を高次元に一般化することができる。 我々はさらに、明示的配置における欠損角とレッジェ作用の挙動を解析することにより、頂点因果律の動的含意を調査する。 頂点因果構造の遷移は曲率と作用の特異点と一致し、離散的なトポロジーの変化を示唆する。 因果的に不規則なヒンジは離散的な円錐状特異点に対応し、頂点因果的不規則性は点状特異点として現れる。 興味深いことに、頂点因果律とヒンジ因果律は一般に独立していることがわかった。 これらの結果は、半古典的時空の出現が三角形分割内に因果構造がどのように符号化されているかに依存する離散量子重力アプローチに直接的な意味を持つ。 |
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We study pseudoscalar inflation in the Einstein-Cartan-Palatini (first-order) formulation of gravity while allowing for torsion. We introduce two non-minimal interactions in the gravitational sector: pseudoscalar couplings to the Pontryagin density (Chern-Simons term) and the Nieh-Yan topological invariant. In the presence of these terms, the rolling pseudoscalar sources non-trivial torsional fields during inflation. We show that pathological gradient and ghost instabilities limit the strength of the coupling to the Pontryagin density during inflation. Furthermore, we show that the interaction with the Nieh-Yan term induces a new contribution to the pseudoscalar kinetic term, which parametrically increases its decay constant and allows for inflation on steep potentials. The torsion field generated by the background is parity violating, which is manifest in the resulting chiral gravitational wave spectrum. We find that the scalar sector is largely unaffected beyond the remapping of the axion decay constant to a larger value. Consequently, we show that while natural inflation with a cosine potential remains inconsistent with observations, the squared quartic hilltop potential can be made consistent with Planck 2018 data even for sub-Planckian decay constants by coupling to the Nieh-Yan term. | 我々は、アインシュタイン-カルタン-パラティーニ(一次)重力定式化において、ねじれを考慮した擬スカラーインフレーションを研究する。 重力セクターに2つの非最小相互作用、すなわちポンチャギン密度(チャーン-サイモンズ項)への擬スカラー結合とニー-ヤン位相不変量を導入する。 これらの項が存在する場合、インフレーション中に回転擬スカラーが非自明なねじれ場を発生させる。 病的な勾配とゴースト不安定性が、インフレーション中のポンチャギン密度への結合の強さを制限することを示す。 さらに、ニー-ヤン項との相互作用が擬スカラー運動項に新たな寄与を誘導し、それが擬スカラー運動項の減衰定数をパラメトリックに増加させ、急峻なポテンシャル上でのインフレーションを可能にすることを示す。 背景によって生成されるねじれ場はパリティを破っており、結果として生じるカイラル重力波スペクトルにそれが現れる。 スカラーセクターは、アクシオン崩壊定数をより大きな値に再マッピングする以外はほとんど影響を受けないことがわかった。 結果として、コサインポテンシャルによる自然インフレーションは観測結果と整合しないものの、二乗四次ヒルトップポテンシャルは、ニー・ヤン項と結合することで、サブプランク崩壊定数であってもプランク2018のデータと整合することを示す。 |
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We introduce and systematically investigate a novel approach combining the Uhlmann gauge bundle with Density Matrix Renormalization Group (DMRG) and Matrix Product State (MPS) techniques to enhance the representation and preservation of quantum coherence in strongly correlated many-body systems. Conventional DMRG and MPS methods frequently encounter limitations when dealing with subtle quantum correlations and entanglement structures near critical points, avoided crossings, and topologically ordered phases. By integrating the dynamical Uhlmann gauge potential and its categorical extensions into the numerical optimization and truncation procedures, our approach substantially improves coherence stability and accuracy. Through illustrative applications in quantum chemistry, condensed matter physics, and quantum dynamics, we demonstrate significant enhancements in precision and reliability, underscoring the broad potential of Uhlmann gauge-enhanced computational methods. | 我々は、Uhlmannゲージ束と密度行列繰り込み群(DMRG)および行列積状態(MPS)手法を組み合わせた新しい手法を導入し、体系的に検証する。 この手法は、強相関多体系における量子コヒーレンスの表現と保存性を向上させる。 従来のDMRG法およびMPS法は、臨界点近傍、交差回避、位相的に秩序付けられた相における微妙な量子相関やエンタングルメント構造を扱う際に、しばしば限界に遭遇する。 動的Uhlmannゲージポテンシャルとその圏論的拡張を数値最適化および打ち切り手順に統合することにより、本手法はコヒーレンスの安定性と精度を大幅に向上させる。 量子化学、凝縮系物理学、量子力学における具体的な応用を通して、精度と信頼性の大幅な向上を示し、Uhlmannゲージ強化計算手法の幅広い可能性を強調する。 |
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The classification of the unitary irreducible representations of symmetry groups is a cornerstone of modern quantum physics, as it provides the fundamental building blocks for constructing the Hilbert spaces of theories admitting these symmetries. In the context of gravitational theories, several arguments point towards the existence of a universal symmetry group associated with corners, whose structure is the same for every diffeomorphism-invariant theory in any dimension. Recently, the representations of the maximal central extension of this group in the two-dimensional case have been classified using purely algebraic techniques. In this work, we present a complementary and independent derivation based on Kirillov's orbit method. We study the coadjoint orbits of the group $\widetilde{\mathrm{SL}}(2,\mathbb{R})\ltimes\mathbb{H}_3$, where $\mathbb{H}_3$ is the Heisenberg group of a quantum particle in one dimension. Our main result is that, despite the non-abelian nature of the normal subgroup in the semidirect product, these orbits admit a simple description. In a coordinate system associated with modified Lie algebra generators, the orbits factorize into a product of coadjoint orbits of $\mathrm{SL}\left(2,\mathbb{R}\right)$ and $\mathbb{H}_3$. The subsequent geometric quantization of these factorized orbits successfully reproduces the known representations. | 対称群のユニタリ既約表現の分類は、これらの対称性を許容する理論のヒルベルト空間を構築するための基本的な構成要素を提供するため、現代量子物理学の礎石である。 重力理論の文脈では、いくつかの議論が、角に関連付けられた普遍対称群の存在を示唆している。 この群の構造は、あらゆる次元の微分同相不変な理論に対して同じである。 最近、この群の2次元の場合の最大中心拡大の表現が、純粋に代数的な手法を用いて分類された。 本研究では、キリロフの軌道法に基づく補完的かつ独立した導出を提示する。 我々は、$\widetilde{\mathrm{SL}}(2,\mathbb{R})\ltimes\mathbb{H}_3$ 群の共役軌道を研究する。 ここで、$\mathbb{H}_3$ は1次元の量子粒子のハイゼンベルク群である。 我々の主な結果は、半直積における正規部分群の非アーベル性にもかかわらず、これらの軌道は単純な記述が可能であることである。 修正リー代数生成子に関連付けられた座標系において、これらの軌道は、$\mathrm{SL}\left(2,\mathbb{R}\right)$ と $\mathbb{H}_3$ の共役軌道の積に因数分解される。 これらの因数分解された軌道に続く幾何学的量子化は、既知の表現をうまく再現する。 |
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We examine the effectiveness of Lindblad master equation in capturing the short-time dynamics of entanglement and purity in open quantum systems. Focusing on two interacting two-level systems interacting with a larger environment, we compare the Lindbladian approach to a full microscopic treatment. While the latter shows entanglement growth and a quadratic decay of purity, the Lindbladian method predicts a linear purity decay and can entirely suppress entanglement when the dissipative coupling exceeds the interaction strength. Introducing a time-dependent Lindbladian improves some predictions but causes inconsistencies in other observables. Our results highlight the limitations of effective models and the need for caution when applying them to describe subtle quantum behaviors. | 我々は、開放量子系におけるエンタングルメントと純度の短時間ダイナミクスを捉えるリンドブラッド・マスター方程式の有効性を検証する。 より大きな環境と相互作用する2つの相互作用する2準位系に焦点を当て、リンドブラッドのアプローチと完全な微視的処理を比較する。 後者はエンタングルメントの増加と純度の2乗減衰を示すのに対し、リンドブラッド法は純度の線形減衰を予測し、散逸結合が相互作用強度を超えた場合にエンタングルメントを完全に抑制できる。 時間依存リンドブラッドを導入することで、いくつかの予測は改善されるが、他の観測量には矛盾が生じる。 我々の結果は、有効モデルの限界と、それらを微妙な量子挙動の記述に適用する際に注意が必要であることを浮き彫りにする。 |
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We present a framework based on the standard type-I seesaw model that relates the baryon asymmetry of the universe to the dark matter (DM) density. The framework, which we name "Asymgenesis", relies on the presence of primordial charge asymmetries seeded either in the dark sector or in the visible sector. A higher-dimensional portal operator reshuffles this initial asymmetry into both sectors, eventually resulting in a nonzero $B-L$ asymmetry and an asymmetric DM component. Compared to conventional asymmetric-dark-matter (ADM) schemes, our framework imposes far milder requirements on the portal interaction. In particular, the portal interaction need not violate $B-L$, and the temperature scales of efficient $B-L$ violation and efficient charge-transfer interaction mediated by the portal operator can be separated. We develop the formalism in detail and argue that the flexibility of our framework enlarges the model-building landscape for ADM. | 我々は、標準的なタイプIシーソーモデルに基づき、宇宙の重粒子非対称性と暗黒物質(DM)密度を関連付ける枠組みを提示する。 「非対称生成(Asymgenesis)」と名付けるこの枠組みは、暗黒セクターまたは可視セクターのいずれかに導入された原始的な電荷非対称性の存在に依存する。 高次元ポータル演算子は、この初期の非対称性を両セクターに再配置し、最終的に非ゼロの$B-L$非対称性と非対称DM成分をもたらす。 従来の非対称暗黒物質(ADM)スキームと比較して、我々の枠組みはポータル相互作用に課す要件がはるかに緩やかである。 特に、ポータル相互作用は$B-L$を破る必要はなく、ポータル演算子によって媒介される効率的な$B-L$破れと効率的な電荷移動相互作用の温度スケールを分離することができる。 我々はこの形式主義を詳細に展開し、我々の枠組みの柔軟性がADMのモデル構築の可能性を広げることを主張する。 |
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In Jackiw-Teitelboim (JT) gravity, which is dual to a random matrix ensemble, the annealed entropy differs from the quenched entropy at low temperatures and goes negative. However, computing the quenched entropy in JT gravity requires a replica limit that is poorly understood. To circumvent this, we define an intermediate quantity called the semi-quenched entropy, which has the positivity properties of the quenched entropy, while requiring a much simpler replica trick. We compute this in JT gravity in different regimes using i) a bulk calculation involving wormholes corresponding to the Airy limit of the dual matrix integral and ii) a boundary calculation involving one-eigenvalue instantons, demonstrating consistency between these two calculations in their common regime of validity. We also clarify why a recent attempt to compute the quenched entropy using one-eigenvalue instantons is unreliable due to a breakdown of the saddle-point approximation for the one-eigenvalue instanton in the replica limit. | ランダム行列アンサンブルの双対であるJackiw-Teitelboim (JT)重力において、アニールエントロピーは低温でクエンチエントロピーとは異なり、負の値をとる。 しかし、JT重力においてクエンチエントロピーを計算するには、十分に理解されていないレプリカ極限が必要となる。 これを回避するため、我々はセミクエンチエントロピーと呼ばれる中間量を定義する。 セミクエンチエントロピーはクエンチエントロピーの正値特性を持ちながら、はるかに単純なレプリカトリックを必要とする。 我々は、JT重力において、i) 双対行列積分のエアリー極限に対応するワームホールを含むバルク計算と、ii) 1固有値インスタントンを含む境界計算を用いて、異なる領域でこれを計算し、これら2つの計算が共通の妥当性領域で一貫していることを示す。 また、1固有値インスタントンを用いてクエンチエントロピーを計算する最近の試みが、レプリカ極限における1固有値インスタントンの鞍点近似の破綻のために信頼できない理由も明らかにする。 |
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Big bang/big crunch closed universes can be realized in AdS/CFT, even though they lack asymptotically AdS boundaries. With enough bulk entanglement, the bulk Hilbert space of a closed universe can be holographically encoded in the CFT. We clarify the relation of this encoding to observer-clone proposals and refute recent arguments about the breakdown of semiclassical physics in such spaces. In the limit of no bulk entanglement, the holographic encoding breaks down. The oft-cited one-dimensional nature of the closed universe Hilbert space represents the limitation of the external (CFT) Hilbert space to access the quantum information in the closed universe, similar to the limitations imposed on observers outside a perfectly isolated quantum lab. We advocate that the CFT nevertheless continues to determine the physical properties of the closed universe in this regime, showing how to interpret this relationship in terms of a final state projection in the closed universe. We provide a dictionary between the final state wavefunction and CFT data. We propose a model of the emergence of an arrow of time in the universe with a given initial or final state projection. Finally, we show that the conventional EFT in the closed universe, without any projection, can be recovered as a maximally ignorant description of the final state. This conventional EFT is encoded in CFT data, and it can be probed by computing coarse-grained observables. We provide an example of one such observable. Taken together, these results amount to a clean bill of health for baby universes born of AdS/CFT. | ビッグバン/ビッグクランチ閉宇宙は、漸近的にAdS境界を持たないにもかかわらず、AdS/CFTで実現できる。 十分なバルクエンタングルメントがあれば、閉宇宙のバルクヒルベルト空間はCFTでホログラフィックにエンコードできる。 我々はこのエンコードと観測者クローン提案との関係を明らかにし、そのような空間における半古典物理学の破綻に関する最近の議論を反駁する。 バルクエンタングルメントが存在しない極限では、ホログラフィックエンコードは破綻する。 しばしば引用される閉宇宙ヒルベルト空間の1次元性は、完全に隔離された量子実験室の外にいる観測者に課せられる制限と同様に、閉宇宙の量子情報にアクセスするための外部(CFT)ヒルベルト空間の制限を表している。 我々は、それでもなおCFTがこの領域における閉宇宙の物理的性質を決定し続け、この関係を閉宇宙の終局状態射影の観点から解釈する方法を示していると主張する。 我々は、終状態波動関数とCFTデータとの間の辞書を提供する。 与えられた初期状態または終状態投影を持つ宇宙における時間の矢の出現モデルを提案する。 最後に、投影のない閉じた宇宙における従来のEFTが、終状態の最大無知記述として復元できることを示す。 この従来のEFTはCFTデータにエンコードされており、粗視化観測量を計算することで調べることができる。 我々はそのような観測量の1つの例を示す。 これらの結果を総合すると、AdS/CFTから生まれた幼い宇宙にとって、健康診断書に問題がないことがわかる。 |