Fotón dual

Hypothetical elementary particle that is a dual of the photon under electric–magnetic duality

Para los artículos sobre la física de dos fotones, ver la física de dos fotones y la absorción de dos fotones .

Fotón dual

Composición	Partícula elemental
Estadísticas	Bosónico
Familia	Bosón de calibre
Interacciones	Electromagnético
Estado	Hipotético
Teorizado	Década de 2000 [1] [2] [3] [4] [5]
Carga eléctrica	0  e
Vuelta	1

Teoria de las cuerdas
Objetos fundamentales
Cuerda Cuerda cósmica Brana D-brana
Teoría perturbativa
Bosónico Supercuerda ( Tipo I , Tipo II , Heterótico )
Resultados no perturbadores
S-dualidad T-dualidad U-dualidad Teoría M Teoría F Correspondencia AdS / CFT
Fenomenología
Fenomenología Cosmología Paisaje
Matemáticas
Simetría de espejo Moonshine monstruoso
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Más allá del modelo estándar
Datos simulados del detector de partículas CMS del gran colisionador de hadrones que muestran un bosón de Higgs producido por la colisión de protones que se descomponen en chorros de hadrones y electrones
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En física teórica , el fotón dual es una partícula elemental hipotética que es un dual del fotón bajo la dualidad eléctrico-magnética que es predicha por algunos modelos teóricos, ^{[3] [4] [5]} incluyendo M-teoría . ^{[1] [2]}

Se ha demostrado que la inclusión de monopolos magnéticos en las ecuaciones de Maxwell introduce una singularidad. La única forma de evitar la singularidad es incluir un segundo potencial de cuatro vectores, llamado fotón dual, además del potencial habitual de cuatro vectores, fotón. ^[6] Además, se encuentra que el lagrangiano estándar del electromagnetismo no es simétrico dual (es decir, simétrico bajo rotación entre cargas eléctricas y magnéticas) lo que causa problemas para los tensores energía-momento , espín y momento angular orbital . Para resolver este problema, se ha propuesto un lagrangiano simétrico dual de electromagnetismo, ^[3]que tiene una separación autoconsistente del giro y los grados de libertad orbitales. Las simetrías de Poincaré implican que el electromagnetismo dual crea naturalmente leyes de conservación autoconsistentes. ^[3]

Electromagnetismo dual

El campo electromagnético libre se describe mediante un tensor antisimétrico covariante de rango 2 por${\displaystyle F_{\alpha \beta }}$

${\displaystyle F_{\alpha \beta }\,=\,\partial _{\alpha }A_{\beta }\,-\,\partial _{\beta }A_{\alpha }\,.}$

donde está el potencial electromagnético.${\displaystyle A_{\alpha }}$

El campo electromagnético dual se define como${\displaystyle \star F_{\alpha \beta }}$

${\displaystyle \star F_{\alpha \beta }={\frac {1}{2}}\epsilon _{\alpha \beta }{}^{\sigma \lambda }F_{\sigma \lambda }.}$

donde denota el dual de Hodge , y es el tensor Levi-Civita${\displaystyle \star }$${\displaystyle \epsilon _{\mu \nu \sigma \lambda }}$

Para el campo electromagnético y su campo dual, tenemos

${\displaystyle \partial _{\alpha }F^{\alpha \beta }\,=\,0,}$

${\displaystyle \partial _{\alpha }{\star }F^{\alpha \beta }\,=\,0.}$

Luego, para un campo de indicador dado , la configuración dual se define como ^[2]${\displaystyle A_{\alpha }}$${\displaystyle \star A_{\alpha }}$

${\displaystyle \star F^{\alpha \beta }(A)\,=\,F^{\alpha \beta }(\star A),}$

${\displaystyle \star F^{\alpha \beta }(\star A)\,=\,-F^{\alpha \beta }(A).}$

donde el potencial de campo del fotón dual, y no localmente vinculado al potencial de campo original .${\displaystyle \star A_{\alpha }}$${\displaystyle A_{\alpha }}$

electrodinámica en forma de p

Una generalización en forma p de la teoría del electromagnetismo de Maxwell se describe mediante una forma 2 invariante de calibre definida como ${\displaystyle \mathbf {F} }$

${\displaystyle \mathbf {F} =d\mathbf {A} }$.

que satisface la ecuación de movimiento

${\displaystyle d\,{\star }\mathbf {F} =\star \mathbf {J} }$

donde está el operador estrella de Hodge .${\displaystyle \star }$

Esto implica la siguiente acción en la variedad del espacio-tiempo : ^{[7] [8]} ${\displaystyle M}$

${\displaystyle S=\int _{M}\left[{\frac {1}{2}}\mathbf {F} \wedge \star \mathbf {F} -\mathbf {A} \wedge \star \mathbf {J} \right]}$

donde es el dual de la forma 2 invariante de calibre para el campo electromagnético .${\displaystyle \star \mathbf {F} }$${\displaystyle \mathbf {F} }$

Fotón oscuro

La impresión de este artista muestra que el fotón oscuro A ′ se desintegra en un electrón y un positrón. ^[9]

El fotón oscuro es un bosón de espín-1 asociado con un campo de calibre U (1) , que podría no tener masa ^[10] y se comporta como electromagnetismo . Sin embargo, podría ser inestable y masivo, se desintegra rápidamente en pares de electrones y positrones e interactúa con los electrones .

El fotón oscuro fue sugerido por primera vez en 2008 por Lotty Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll y Marc Kamionkowski para explicar la ' anomalía g –2 ' en el experimento E821 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven . ^[11] Sin embargo, se descartó en algunos experimentos como el detector PHENIX en el Relativistic Heavy Ion Collider en Brookhaven. ^[12]

En 2015, el Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Húngara de Ciencias en Debrecen , Hungría, sugirió la existencia de un nuevo bosón de espín-1 ligero , denominado partícula X17 , 34 veces más pesada que el electrón ^[13] que se desintegra en un par de electrón y positrón con una energía combinada de 17 MeV. En 2016, se propuso que es un bosón X con una masa de 16,7 MeV que explica la anomalía del muón g -2 . ^{[13] [14]}

Las versiones estándar y dual del electromagnetismo. ^[3]

Ver también

• Campo Kalb-Ramond
• electrodinámica en forma de p
• Gravitón dual
• Monopolar magnético  : partícula hipotética con un polo magnético
• bucle de t Hooft
• Momento dipolar magnético anómalo  : diferencias teóricas del campo cuántico de las propiedades magnéticas de las esperadas a partir de las teorías clásicas
• Fotón  - Partícula elemental o cuanto de luz.
• Photino  : supercompañero hipotético del fotón
• Electromagnetismo  : rama de la ciencia que se ocupa de los fenómenos de la electricidad y el magnetismo.
• Matemáticas electromagnéticas  - Formulaciones del electromagnetismo
• Ecuaciones covariantes de Maxwell
• Ecuaciones de Maxwell  - electromagnetismo en relatividad general
• Fotón oscuro  : partícula portadora de fuerza hipotética conectada a la materia oscura
• Radiación oscura  : tipo de radiación postulada que media las interacciones de la materia oscura

Referencias

1. Tong, D .; Lambert, N. (2008). "Membranas en un Orbifold". Cartas de revisión física . 101 (4): 041602. arXiv : 0804.1114 . Código Bibliográfico : 2008PhRvL.101d1602L . doi : 10.1103 / PhysRevLett.101.041602 . PMID  18764318 . S2CID  655777 .
2. Bakas, I. (2010). "Fotones duales y gravitones". Publ.Astron.Obs.Belgrade . 88 : 113-132. arXiv : 0910.1739 . Código bibliográfico : 2010POBeo..88..113B .
3. Bliokh, KY; Bekshaev, AY; Nori, F. (2013). "Electromagnetismo dual: helicidad, espín, momento y momento angular". Nueva Revista de Física . 15 (3): 033026. arXiv : 1208.4523 . Código bibliográfico : 2013NJPh ... 15c3026B . doi : 10.1088 / 1367-2630 / 15/3/033026 . S2CID 14501052 . 
4. Elbistan, M .; Duval, C .; Horváthy, PA; Zhang, P.-M. (2016). "Dualidad y helicidad: un punto de vista simpléctico". Physics Letters B . 761 : 265-268. arXiv : 1608.01131 . Código bibliográfico : 2016PhLB..761..265E . doi : 10.1016 / j.physletb.2016.08.041 . S2CID 119176701 . 
5. Elbistan, M .; Horváthy, PA; Zhang, P.-M. (2017). "Dualidad y helicidad: el enfoque de la función de onda de fotones". Physics Letters A . 381 (30): 2375–2379. arXiv : 1608.08573 . Código bibliográfico : 2017PhLA..381.2375E . doi : 10.1016 / j.physleta.2017.05.042 . S2CID 119180293 . 
6. Singleton, D. (1996). "Electromagnetismo con carga magnética y dos fotones". Revista estadounidense de física . 64 (4): 452–458. arXiv : 1106.1505 . Código Bibliográfico : 1996AmJPh..64..452S . doi : 10.1119 / 1.18191 . S2CID 119714958 . 
7. Henneaux, M .; Teitelboim, C. (1986). " p -Form electrodinámica". Fundamentos de la Física . 16 (7): 593–617. Código Bibliográfico : 1986FoPh ... 16..593H . doi : 10.1007 / BF01889624 . S2CID 59436726 . 
8. Henneaux, M .; Bunster, C. (2011). "Acción por la auto-dualidad retorcida". Physical Review D . 83 (12): 125015. arXiv : 1103.3621 . Código Bibliográfico : 2011PhRvD..83l5015B . doi : 10.1103 / PhysRevD.83.125015 . S2CID 119268081 . 
9. "Punto de vista: Nuevo cobertizo de luz sobre fotones oscuros" (Comunicado de prensa). Sociedad Estadounidense de Física . 10 de noviembre de 2014.
10. Carroll, Sean M. (29 de octubre de 2008). "Fotones oscuros" . Consultado el 23 de febrero de 2015 .
11. Bennett, GW; Bousquet, B .; Brown, HN; Bunce, G .; Carey, RM; Cushman, P .; Danby, GT; Debevec, PT (7 de abril de 2006). "Informe final de la medición del momento magnético anómalo del muón E821 en BNL". Physical Review D . 73 (7): 072003. arXiv : hep-ex / 0602035 . Código Bibliográfico : 2006PhRvD..73g2003B . doi : 10.1103 / PhysRevD.73.072003 . S2CID 53539306 . 
12. Walsh, Karen McNulty (19 de febrero de 2015). "Los datos de RHIC, otros experimentos casi descartan el papel de los 'fotones oscuros' como explicación de la anomalía 'g-2'" . PhysOrg . Consultado el 23 de febrero de 2015 .
13. Cartlidge, Edwin (2016). "¿Ha encontrado un laboratorio de física húngaro una quinta fuerza de la naturaleza?" . Naturaleza . doi : 10.1038 / nature.2016.19957 . S2CID 124347962 . 
14. Feng, JL; Fornal, B .; Galon, I .; Gardner, S .; Smolinsky, J .; Tait, TMP; Tanedo, P. (2016). "Interpretación protofóbica de la quinta fuerza de la anomalía observada en las transiciones nucleares 8Be" . Cartas de revisión física . 117 (7): 071803. arXiv : 1604.07411 . Código Bibliográfico : 2016PhRvL.117g1803F . doi : 10.1103 / PhysRevLett.117.071803 . PMID 27563952 . S2CID 206279817 .