現代の高エネルギー物理学における中心的な問題の 1 つは、クォーク グルーオン プラズマ (金または鉛の原子核が非常に高いエネルギーで衝突するときに発生する物質の状態) の挙動を記述および説明する私たちの能力に関連しています。約兆ケルビンの温度では、原子核を構成するクォークが閉じ込められなくなり、代わりにクォークとグルオンの「スープ」が形成されます。この状態は、ビッグバンの約 10 秒後、またはおそらく中性子星の中心である、非常に初期の宇宙でも予想されていました。このような状態の物質は強く相互作用しているため、物理学者はその相互作用が「強い結合」によって特徴付けられると言います。量子場の記述に対する従来のアプローチは、「弱結合」領域によって制限され、クォークグルーオン プラズマに対して妥当な結果を与えることができません。
有望なアプローチは、有名なホログラフィーまたはゲージ/重力の二重性によって決定されます。これは、一方の弱い重力と他方の強い量子場理論の間の対応であり、Juan Maldacena [1] によって発見されました。重力の側では、ブラック ホール イベント ホライズンは反対側のプラズマの温度に対応するホーキング温度を持っています。形成直後、ブラックホールは励起状態にあります。それは重力波を放出し、過剰なエネルギーを解放し、平衡に近づきます。このような放射線の特徴的な周波数 [2] は、最近 LIGO/VIRGO 検出器 [3] によって観測され、ブラック ホールと重力波の存在が確認されました。
驚くべきことに、ホログラフィーの原理により、ブラック ホールと同じ特性が素粒子物理学で重要な役割を果たします。ブラック ホールが重力波を放出する周波数は、クォーク グルーオン プラズマの流体力学的特性に対応します [4]。これらの考えに続いて、Kovtun、Son、および Starinets は、「強い結合」の状態にあるクォーク グルーオン プラズマと任意の量子物質の一種の普遍的な挙動を予測しました。 2008 年、相対論的重イオン衝突型加速器 (ブルックヘブン国立研究所) でのわずかな期間のクォーク グルーオン プラズマの観測により、この普遍性の予測が確認されました [5]。
それにもかかわらず、理論家は、強い結合の特定の領域で効果的な記述しか得られないことに完全に満足しているわけではありません。彼らは、物質が強結合領域に発展する全過程を知りたがっています。これが起こるためには、中間結合での量子物質の挙動も理解する必要があります。つまり、弱い結合での従来の場の量子論とホログラフィックな強い結合の図の間に「ブリッジ」を構築する必要があります。最近、場の方程式に時空曲率のより高い累乗を追加することによるアインシュタイン理論の修正が、中間結合の望ましい領域を表している可能性があることが示唆されています [6]。
しかし、対応する非アインシュタインのブラック ホールが壊滅的な不安定性を被り、さらに、不安定性が発生する前であっても、そのようなブラック ホールの特徴的なスペクトルは非常に奇妙な振る舞いをすることを示しました [7]。非常に長い寿命で、ほとんど死ぬことはありません。ブラック ホール スペクトルのこれらの減衰していないトーンは、ホログラフィーの反対側で、量子物質が摂動されると、決して、または非常に長い時間が経過しても、平衡状態に緩和しないことを意味します。これにより、考えられる修正されたブラック ホールは、弱い結合と強い結合の間の望ましい「ブリッジ」の候補として不適切になります。
参考文献
<オール>この研究、準正規モードの Gauss-Bonnet-AdS ブラック ホール:有限結合のホログラフィック記述に向けては、Journal of High Energy Physics で Roman Konoplya と Alexander Zhidenko によって最近発表されました。 .
