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W弦场论实现的新进展和黑洞背景下的强引力效应

魏少文  
【摘要】:本文主要研究了w弦的自由场实现及Becchi-Rouet-Stora-Tyutin (BRST)荷的构造,以及黑洞背景下的强引力效应这两个方面的问题。 论文的第一部分主要是对W2,s弦的标量场和旋量场实现进行了研究:首先,研究了Virasoro代数和W2,s弦的标量场和旋量场实现。结果表明BRST方法不仅适用于W弦的标量场实现,而且对于旋量场的实现也非常有效。其次,利用旋量场的性质,借助于BRST荷的阶化假设QB=Qo+Q1和幂零性质QB2=0,我们首次对半整数的W2,s弦进行了实现并得到了许多有意义的结果,与其相应的BRST荷也一一进行了构造。第三,基于线性的W1,2,s代数,我们得到了W2,s弦的双标量场和双旋量场实现。另外,在对W2,s弦的自旋为s的流重新标度后,我们还研究了W2,sM(?)W2,sL弦系统中Liouville子系统在中心荷奇异点的实现问题。该子系统的物理态也给出了初步的探讨。这是W弦理论在国际上的新的发展。 论文的第二部分主要针对当前国际引力学界关注的强引力效应,黑洞粒子加速器和强引力透镜效应进行了深入的研究。主要完成的工作包括: 第一,研究了弯曲时空中两个粒子从无穷远处由引力场的作用运动到黑洞视界面上进行碰撞的碰撞质心能问题。研究指出,对于Kerr-Newman (KN)黑洞,为了得到一个无穷大的碰撞质心能,碰撞粒子需要具有临界角动量,而且极端黑洞的自旋参数也需要满足一定的约束。但是考虑到粒子的反冲效应后,碰撞的最大质心能将被极大的降低到普朗克能标以下,从而会破坏KN黑洞作为一个极高能标粒子加速器。而对于弦理论黑洞来说,考虑了反冲效应之后,一个近极端黑洞仍可以作为一极高能标粒子加速器。这一结果提供了一种探测Planck能标物理的机制,为用天文观测数据来研究极高能标物理提供了一条有效的途径。 第二,利用光子在弯曲时空中的运动方程,分别对静态、球对称时空和稳态、轴对称时空下的强引力透镜效应进行了深入的研究。在静态、球对称黑洞背景下的强引力透镜效应和黑洞的高能吸收散射截面之间建立了直接的关系,通过该关系,我们可以将对黑洞高能吸收散射截面的理论研究转化为对黑洞的强引力效应的天文观测。另外我们还对带宇宙弦的Kerr黑洞的强引力透镜效应给出了深入的研究。计算得到了光子在经过黑洞时的偏转角和相应的天文可观测量。借助于光子的逆向行进轨道,考察了透镜效应的临界曲线和焦散结构。为天文上对强引力透镜的有效观测提供了一定的理论依据。


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