論文の概要: Relativistic Particle Motion and Quantum Optics in a Weak Gravitational Field

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.12514v1
• Date: Wed, 23 Jun 2021 16:32:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-25 18:20:32.640272
• Title: Relativistic Particle Motion and Quantum Optics in a Weak Gravitational Field
• Title（参考訳）: 弱重力場における相対論的粒子運動と量子光学
• Authors: Charis Anastopoulos and Bei-Lok Hu
• Abstract要約: 宇宙における長いベースライン量子実験は、弱い重力場における相対論的量子粒子の時間的進化をよりよく理解する必要がある。 従来の量子光学や原子物理学による従来の処理が、局所性、同時性、シグナリング、因果性などに関わる問題に直面した場合、なぜ不十分になるのかを説明する。 重力の影響を加味して、曲線時空の量子場理論(QFTCST)に導かれる。 この確立された理論は、重力と量子理論の基礎を検証して提案された宇宙実験の大規模なクラスに対する標準参照理論として機能するべきである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The possibility of long-baseline quantum experiments in space makes it necessary to better understand the time evolution of relativistic quantum particles in a weakly varying gravitational field. We explain why conventional treatments by traditional quantum optics and atomic physics based on quantum mechanics may become inadequate when faced with issues related to locality, simultaneity, signaling, causality, etc. Quantum field theory is needed. Adding the effects of gravitation, we are led to Quantum Field Theory in Curved Spacetime (QFTCST). This well-established theory should serve as the canonical reference theory to a large class of proposed space experiments testing the foundations of gravitation and quantum theory, and the basic notions of quantum information theory in relativistic settings. This is the first in a series of papers treating near-term quantum optics and matter waves experiments in space from the perspective of QFTCST. We analyze the quantum motion of photons and of scalar massive particles using QFTCST with application to interferometer experiments. Our main result is that, for photons, the weak gravitational field is to leading order completely equivalent to an inhomogeneous dielectric, thus allowing for a description of quantum optics experiments in curved space using familiar notions from the theory of optical media. We also discuss interference experiments that probe first-order quantum coherence, the importance of a covariant particle detection theory, and the relevance of time of arrival measurements. For massive particles with internal structure, we identify a novel gravity-induced phase shift that originates from the different gravitational masses attributed to the excited internal states. This phase shift can in principle be measured in space experiments.
• Abstract（参考訳）: 宇宙における長いベースライン量子実験の可能性は、弱い重力場における相対論的量子粒子の時間的進化をよりよく理解する必要がある。 従来の量子光学と量子力学に基づく原子物理学による従来の処理が、局所性、同時性、シグナリング、因果性などの問題に直面したときに不適切になる理由を説明する。 量子場理論が必要である。 重力効果を加えると、曲線時空(qftcst)における場の量子論に導かれる。 この確立された理論は、重力と量子理論の基礎、および相対論的設定における量子情報理論の基礎概念をテストする、提案された宇宙実験の大規模なクラスに対する標準参照理論として機能するべきである。 これは、qftcstの観点から宇宙空間における近距離量子光学および物質波実験を扱う一連の論文の最初のものである。 我々はQFTCSTを用いた光子及びスカラー粒子の量子運動と干渉計実験への応用について分析した。 我々の主な結果は、光子の場合、弱い重力場は不均質誘電体と完全に等しい順序に導かれるため、光媒体の理論からよく知られた概念を用いて、曲面空間における量子光学実験を記述できるということである。 また、一階の量子コヒーレンスをプローブする干渉実験、共変粒子検出理論の重要性、到着時刻の関連性についても論じる。 内部構造を持つ大質量粒子に対しては、励起内部状態に起因する異なる重力質量に由来する新しい重力誘起相転移を同定する。 この位相シフトは、宇宙実験で原理的に測定することができる。

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