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黑洞时空中的粒子碰撞与耦合标量场的似正规模

姚伟平  
【摘要】:黑洞时空中的似正规模和粒子碰撞一直是黑洞物理和天体物理研究的热门课题。作为黑洞时空的“特征声音”,似正规模被认为是直接探测到黑洞的有力证据并有可能在不久的引力波实验中被探测到。研究还表明黑洞似正规模与AdS/CFT对应和Loop量子引力理论有着密切的联系。此外,黑洞时空中粒子碰撞的研究表明事件视界附近两碰撞粒子的质心能的理论值可以趋向于无限大,这就意味着黑洞可以成为Planck能标级的高能粒子加速器。对黑洞时空中粒子碰撞的进一步研究,有助于人们洞察超高能物理领域的一些性质。因此,研究黑洞时空中的似正规模和粒子碰撞有着重要的理论和现实意义。在本文中,我们主要研究了卷曲的AdS3岛黑洞时空背景中与爱因斯坦张量耦合的标量场的似正规模频谱和加速旋转黑洞时空背景中的粒子碰撞。 在第一章中,我们对黑洞时空中微扰场的似正规模和粒子碰撞的基本概念、研究意义及其研究现状做了一些简要的介绍。 在第二章中,我们研究了在卷曲的AdS3昆黑洞时空中与爱因斯坦张量耦合的标量场的似正规模,发现其似正规模频率不仅与时空的卷曲参数v有关,还和标量场与爱因斯坦张量之间的耦合参数η有关。对于固定的v,ωR的实部随η的增加而单调递增。虚部的变化则较为复杂。当v-1时,左移动模式频率ωL的虚部和右移动模式频率ωR的虚部都随η的增加而增加;当v远大于1时,左右移动模式频率的虚部都随η的增加而减小。此外,似正规模频率ωR和ωL的虚部分别在d2δ2(l2+ηv2)-3l2(v2-1)[l2+η(2v2+3)]0, l2+η(3-2v2)0时都大于零。这意味着耦合标量场此时会随时间呈指数增长,从而会导致黑洞的不稳定。我们还研究了耦合标量场左右移动模式的似正规模频率与其共形权重,并进一步验证卷曲的AdS/CFT对应猜想。 在第三章中,我们研究了加速旋转黑洞时空中的高能粒子的碰撞,发现黑洞的加速度对在事件视界附近和加速视界附近两粒子碰撞的质心能有不同的影响。在赤道面上,碰撞发生在加速视界附近的两粒子的质心能依赖于黑洞的加速度,而在事件视界附近碰撞的粒子质心能则与黑洞加速度无关。此外,在加速视界附近碰撞的粒子质心能只能为一有限值,任意高的粒子质心能只能在事件视界附近的碰撞中获得。并且,黑洞加速度的存在使得高能碰撞带的形状和位置发生了改变。我们的研究结果表明黑洞的加速度给粒子碰撞带来更加丰富的物理。 最后,我们对本文的工作进行了总结并对其进行了一些展望。


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