論文の概要: Asymmetric excitation of left- vs right-handed photons in accelerating waveguides
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.04188v1
- Date: Wed, 03 Dec 2025 19:03:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-05 21:11:45.831471
- Title: Asymmetric excitation of left- vs right-handed photons in accelerating waveguides
- Title（参考訳）: 加速導波路における左右利得光子の非対称励起
- Authors: Adrian del Rio,
- Abstract要約: 真空中のマクスウェル方程式の双対対称性は、古典的な電磁波の円偏極$Q$が保存されることを意味する。
これまでの研究では、重力場を伝播する観測者には期待値が保存されないことが示されている。
ここでは、このネーター対称性が双対性保存境界条件を持つ空の導波路でも実現可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The electromagnetic duality symmetry of Maxwell's equations in vacuum implies that the circular polarization $Q$ of classical electromagnetic waves is conserved. In quantum field theory, the normal-ordered operator $\hat Q$ represents the difference between the number operators of right- and left-handed photons. Previous studies have shown that its expectation value is not conserved for observers propagating in a gravitational field. Here, we show that this Noether symmetry can also be realized in empty waveguides with duality-preserving boundary conditions, and we quantize the source-free Maxwell theory inside a long, cylindrical waveguide undergoing both linear and rotational acceleration from rest. In the vacuum $|0\rangle$ associated to inertial observers, we find that the expectation value $\langle 0| \hat Q |0\rangle $ fails to be conserved for observers co-moving with the waveguide. In particular, frame-dragging effects induce a spectral asymmetry between the right- and left-handed field modes at late times. As a consequence, accelerated detectors co-moving with the rotating waveguide can detect photon-pair excitations from the quantum vacuum, exhibiting an imbalance between opposite helicity modes. This is a relativistic quantum effect, which shows that the classical conservation law associated with duality symmetry is broken in the quantum theory even in flat spacetime, provided we work with non-inertial systems. Our analysis provides a concrete proof of concept for testing this effect in analogue gravity platforms.
- Abstract（参考訳）: 真空中のマクスウェル方程式の電磁双対対称性は、古典的電磁波の円偏極$Q$が保存されることを意味する。
場の量子論において、正規順序作用素 $\hat Q$ は右および左利き光子の数作用素の差を表す。
これまでの研究では、重力場を伝播する観測者には期待値が保存されないことが示されている。
ここでは、このネーター対称性が双対性保存境界条件を持つ空の導波路でも実現可能であることを示し、静止から線形および回転加速度を受ける長い円筒導波路内において、ソースフリーのマクスウェル理論を定量化する。
慣性観測者に関連する真空$|0\rangle$では、期待値 $\langle 0| \hat Q |0\rangle $ が導波路と共動する観測者に対して保存されないことが分かる。
特に、フレーム描画効果は、後期の左右のフィールドモード間のスペクトル非対称性を誘導する。
その結果、回転導波管と共動する加速検出器は量子真空からの光子対励起を検出し、反対のヘリシティモードの不均衡を示す。
これは相対論的量子効果であり、非慣性系を扱う場合、双対対称性に付随する古典的保存則が平時時でも量子論において破られることを示す。
我々の分析は、この効果を類似重力プラットフォームで試すための具体的な概念の証明を提供する。
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