Магнітне поле у вакуумі квантової спінорної матерії, індуковане космічною струною у тривимірному просторі
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.12.823Ключові слова:
поляризацiя вакууму, лiнiйний топологiчний дефект, космiчна струна, ефект Ааронова–БомаАнотація
Розглянуто лiнiйний магнiтний топологiчний дефект (космiчна струна), який моделюється як трубка, що несе магнiтний потiк та є непроникною для зовнiшньої спiнорної матерiї. Поле матерiї квантується з урахуванням наявностi трубки, загальнi граничнi умови на якiй забезпечують як непроникнiсть трубки, так i самоспряженiсть гамiльтонiана Дiрака. Обчислено iндукований вакуумний магнiтний потiк вздовж трубки в (3 + 1)-вимiрному просторi-часi та показано, що вимога скiнченностi iндукованого вакуумного магнiтного потоку дозволяє тiльки одну граничну умову: граничну умову MIT-моделi кваркового мiшка. Проаналiзовано залежнiсть ефекту вiд поперечного розмiру трубки та потоку всерединi трубки.
Посилання
1. R. Jeannerot, J. Rocher, M. Sakellariadou. How generic is cosmic string formation in supersymmetric grand unified theories. Phys. Rev. D 68, 103514 (2003).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.68.103514
2. W. Buchmuller, V.Domcke, K. Schmitz, Metastable cosmic strings. J. Cosmol. Astropart. Phys. 2023, 020 (2023).
https://doi.org/10.1088/1475-7516/2023/11/020
3. S. Sarangi, S.H.H. Tye. Cosmic string production towards the end of brane inflation. Phys. Lett. B 536, 185 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0370-2693(02)01824-5
4. N.T. Jones, H. Stoica, S.H. Henry Tye. The production, spectrum and evolution of cosmic strings in brane inflation. Phys. Lett. B 563, 6 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0370-2693(03)00592-6
5. E.J. Copeland, R.C. Myers, J. Polchinski. Cosmic F- and D-strings, J. High Energy Phys. 06, 013 (2004).
https://doi.org/10.1088/1126-6708/2004/06/013
6. E.J. Copeland, T.W.B. Kibble. Cosmic strings and superstrings. Proc. R. Soc. A 466, 623 (2010).
https://doi.org/10.1098/rspa.2009.0591
7. A. Vilenkin, E.P.S. Shellard. Cosmic Strings and Other Topological Defects (Cambridge University Press, 1994).
8. M.B. Hindmarsh, T.W.B. Kibble. Cosmic strings. Rep. Progr. Phys. 58, 477 (1995).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/58/5/001
9. T. Damour, A. Vilenkin. Gravitational radiation from cosmic (super) strings: Bursts, stochastic background, and observational windows. Phys. Rev. D 71, 063510 (2005).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.71.063510
10. V. Berezinsky, B. Hnatyk, A. Vilenkin. Gamma ray bursts from superconducting cosmic strings. Phys. Rev. D 64, 043004 (2001).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.64.043004
11. P. Bhattaharjee, G. Sigl. Origin and propagation of extremely high-energy cosmic rays. Phys. Rep. 327, 109 (2000).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(99)00101-5
12. E. Morganson, P. Marshall, T. Treu, T. Schrabback, R.D. Blandford. Direct observation of cosmic strings via their strong gravitational lensing effect - II. Results from the HST/ACS image archive. Month. Not. Roy. Astron. Soc. 406, 2452 (2010).
https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2010.16562.x
13. J.L. Christiansen, E. Albin, T. Fletcher, J. Goldman, I.P. W. Teng, M. Foley et al. Search for cosmic strings in the COSMOS survey. Phys. Rev. D 83, 122004 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.83.122004
14. T. Charnock, A. Avgoustidis, E.J. Copeland, A. Moss. CMB constraints on cosmic strings and superstrings. Phys. Rev. D 93, 123503 (2016).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.93.123503
15. R. Abbott et al. Constraints on cosmic strings using data from the third advanced LIGO-Virgo observing run. Phys. Rev. Lett. 126, 241102 (2021).
16. H.B. Nielsen, P. Olesen. Vortex-line models for dual strings. Nucl. Phys. B 61, 45 (1973).
https://doi.org/10.1016/0550-3213(73)90350-7
17. P. Gornicki. Aharonov-Bohm effect and vacuum polarization. Ann. Phys. (N.Y.) 202, 271 (1990).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(90)90226-E
18. E.G. Flekkoy, J.M. Leinaas, Vacuum currents around a magnetic flux string. Int. J. Mod. Phys. A 06, 5327 (1991).
https://doi.org/10.1142/S0217751X91002501
19. R.R. Parwani, A.S. Goldhaber. Decoupling in (2 + 1)-dimensional QED? Nucl. Phys. B 359, 483 (1991).
https://doi.org/10.1016/0550-3213(91)90069-A
20. Yu.A. Sitenko. Selfadjointness of the Dirac Hamiltonian and fermion number fractionization in the background of a singular magnetic vortex. Phys. Lett. B 387, 334 (1996).
https://doi.org/10.1016/0370-2693(96)01042-8
21. Yu.A. Sitenko. Effects of fermion vacuum polarization by a singular magnetic vortex: Zeta function and energy. Phys. Atom. Nucl. 62, 1056 (1999).
22. S. Bellucci, E.R. Bezerra de Mello, A. de Padua, A.A. Saharian. Fermionic vacuum polarization in compactified cosmic string spacetime. Eur. Phys. J. C 74, 2688 (2014).
https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-013-2688-z
23. E.R. Bezerra de Mello, V. Bezerra, A.A. Saharian, V.M. Bardeghyan. Fermionic current densities induced by magnetic flux in a conical space with a circular boundary. Phys. Rev. D 82, 085033 (2010).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.82.085033
24. S. Bellucci, E.R. Bezerra de Mello, A.A. Saharian. Fermionic condensate in a conical space with a circular boundary and magnetic flux. Phys. Rev. D 83, 085017 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.83.085017
25. E.R. Bezerra de Mello, F. Moraes, A.A. Saharian. Fermionic Casimir densities in a conical space with a circular boundary and magnetic flux. Phys. Rev. D 85, 045016 (2012).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.85.045016
26. M.M. de Sousa, R. Ribeiro, E.R. Bezerra de Mello. Induced fermionic current by a magnetic tube in the cosmic string spacetime. Phys. Rev. D 93, 043545 (2016).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.93.043545
27. M.M. de Sousa, R. Ribeiro, E.R. Bezerra de Mello. Fermionic vacuum polarization by an Abelian magnetic tube in the cosmic string spacetime. Phys. Rev. D 95, 045005 (2017).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.95.045005
28. Y. Aharonov, D. Bohm. Significance of electromagnetic potentials in the quantum theory. Phys. Rev. 115, 485 (1959).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.115.485
29. V.M. Gorkavenko, Yu.A. Sitenko, O.B. Stepanov. Polarization of the vacuum of a quantized scalar field by an impenetrable magnetic vortex of finite thickness. J. Phys. A 43, 175401 (2010).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/17/175401
30. V.M. Gorkavenko, Yu.A. Sitenko, O.B. Stepanov. Vacuum energy induced by an impenetrable flux tube of finite radius. Int. J. Mod. Phys. A 26, 3889 (2011).
https://doi.org/10.1142/S0217751X11054346
31. V.M. Gorkavenko, Yu.A. Sitenko, O.B. Stepanov. Casimir energy and force induced by an impenetrable flux tube of finite radius. Int. J. Mod. Phys. A 28, 1350161 (2013).
https://doi.org/10.1142/S0217751X13501613
32. V.M. Gorkavenko, T.V. Gorkavenko, Yu.A. Sitenko, M.S. Tsarenkova. Induced vacuum energy density of quantum charged scalar matter in the background of an impenetrable magnetic tube with the Neumann boundary condition. Ukr. J. Phys. 67, 715 (2022).
https://doi.org/10.15407/ujpe67.10.715
33. V.M. Gorkavenko, A.O. Zaporozhchenko, M.S. Tsarenkova, Dependence of scalar matter vacuum energy, induced by a magnetic topological defect, on the coupling to spacetime curvature. J. Phys. A 58, 285401 (2025).
https://doi.org/10.1088/1751-8121/adeb18
34. V.M. Gorkavenko, I.V. Ivanchenko, Yu.A. Sitenko. Induced vacuum current and magnetic field in the background of a vortex. Int. J. Mod. Phys. A 31, 1650017 (2016).
https://doi.org/10.1142/S0217751X16500172
35. V.M. Gorkavenko, T.V. Gorkavenko, Yu.A. Sitenko, M.S. Tsarenkova. Induced vacuum current and magnetic flux in quantum scalar matter in the background of a vortex defect with the Neumann boundary condition. Ukr. J. Phys. 67, 3 (2022).
https://doi.org/10.15407/ujpe67.1.3
36. Yu.A. Sitenko, V.M. Gorkavenko, M.S. Tsarenkova, Magnetic flux in the vacuum of quantum bosonic matter in the cosmic string background. Phys. Rev. D 106, 105010 (2022).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.106.105010
37. Yu.A. Sitenko, V.M. Gorkavenko. Induced vacuum magnetic flux in quantum spinor matter in the background of a topological defect in two-dimensional space. Phys. Rev. D 100, 085011 (2019).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.085011
38. A.R. Akhmerov, C.W.J. Beenakker. Boundary conditions for Dirac fermions on a terminated honeycomb lattice. Phys. Rev. B 77, 085423 (2008).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.085423
39. M.H. Al-Hashimi, U.-J. Wiese. From a particle in a box to the uncertainty relation in a quantum dot and to reflecting walls for relativistic fermions. Ann. Phys. 327, 1 (2012).
https://doi.org/10.1016/j.aop.2011.05.003
40. Yu.A. Sitenko. Casimir effect with quantized charged spinor matter in background magnetic field. Phys. Rev. D 91, 085012 (2015).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.91.085012
41. Yu.A. Sitenko. Induced vacuum magnetic field in the cosmic string background. Phys. Rev. D 104, 045013 (2021).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.104.045013
42. K. Horiguchi, K. Ichiki, N. Sugiyama. Primordial magnetic fields from the string network. Progress of Theoretical and Experimental Physics 2016, 083E02 (2016).
https://doi.org/10.1093/ptep/ptw108
43. K. Subramanian. The origin, evolution and signatures of primordial magnetic fields. Rep. Progr. Phys. 79, 076901 (2016).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/79/7/076901
44. A. Neronov, I. Vovk. Evidence for strong extragalactic magnetic fields from Fermi observations of TeV blazars. Science 328, 73 (2010).
https://doi.org/10.1126/science.1184192
45. A. Chodos, R.L. Jaffe, K. Johnson, C.B. Thorn, V. Weisskopf. New extended model of hadrons. Phys. Rev. D 9, 3471 (1974).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.9.3471
46. K. Johnson. The M.I.T. bag model. Acta Phys. Pol. B 6, 865 (1975).
47. Yu.A. Sitenko, N.D. Vlasii. Induced vacuum current and magnetic field in the background of a cosmic string. Class. Quant. Grav. 26, 195009 (2009).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
