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重庆大学
硕士学位论文
重光子与引力子的相互作用
姓名:邓燕斌
申请学位级别:硕士
专业:理论物理
指导教师:李芳昱
20060501
重庆大学硕士学位论文摘要
摘要
引力波是 Einstein 广义相对论的重要预言。这一预言的证实,将是对广义相对论最
有效、最严格和最激动人心的检验。几十年来,引力波的探测成为物理学研究的重要
课题。在过去的 30 多年中,科学家在引力波探测方面进行了大量的工作,但是至今都
没有获得引力波存在的直接证据。目前为止,对 PSR1913+16 致密双星辐射阻尼效应
的观测,仍然是引力波存在性的唯一间接证据。
而光子静质量问题的探究,则是人们一直孜孜以求的另一个重要问题。Maxwell 的
电磁理论和 Feynman 的量子电动力学对光子零质量的认定,本质上只是一个理论假
定。虽然目前的物理学实验支持了这个假定的高度准确性,但是,人类对物理世界的
真理的追求,促使人们对这个假定作出了大量深刻的追问。光子静质量的存在与否,
将是对狭义相对论光速不变原理的重要检验。为此人们设计了多种类型的光子静质量
的探测实验,当然,目前也没有获得肯定性的结果。而量子场论规范自发破缺的理论
探讨,可以为可能存在的光子静质量问题提供一个理论解释。
本文广泛涉猎了前人在光子与引力子相互作用研究领域的大量工作,包括对普通
电磁波在引力场作用下的行为的研究,以及非零质量光子电磁波在静态引力场作用下
的行为的研究等等。在归纳总结前人工作的基础上,本文作者发现了前人工作中遗留
的一个空白——从量子场论的角度对非零质量光子与引力子的相互作用的研究。在本
文中,作者给出了有质量光子与量子化引力波场之间相互作用的拉格朗日密度函数,
并定性地给出了非零质量光子与引力子相互作用的低阶 Feynman 规则。从而,本文建
立了这个问题研究的初步框架,从而在这一问题的进一步分析所必需的理论基础的建
立方面,踏出了试探性的一步。
本文的研究工作,可能对引力波的电磁谐振探测方案,作出必要的修正。也可能
为光子静质量的问题的探究,提供新的实验领域。从而可以说,本文的研究工作对引
力波探测和光子静质量问题探究,都具有潜在的重要意义。
关键词:引力波;引力子;光子静质量;相互作用;拉格朗日函数
Ⅰ
重庆大学硕士学位论文 ABSTRACT
ABSTRACT
The existence of gravitational wave is a direct consequence of Einstein’stheory of general
relativity. The detection of gravitational wave is considered the most effective, most rigorous
and most stirring test to the general theory of relativity. Gravitational wave has e a
scientific focus of past decades. Physicists have greatly achieved in the search of gravitational
waves, but did e to the final verification. At present, the observation of PSR1913+16
is the only available proof of gravitational wave, even though merely an indirect evidence it is.
The mass of photon is another important question with much interest. In Maxwell’s
electrodynamics and quantum electrodynamics by Feynman, the rest mass of photon is
assumed to be zero without convincing theoretical proof. Although this assumption is
approved by experiments of high accuracy, the pursuit for concrete knowledge drove people
into the search for any hint of photon mass, because the photon