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广义相对论与量子宇宙学

arXiv:2506.21225 (gr-qc)
[提交于 2025年6月26日 ]

标题: 引力波在引力量子场论中的产生与探测

标题: Gravitational Wave Generation and Detection in Gravitational Quantum Field Theory

Authors:Yuan-Kun Gao, Da Huang, Yue-Liang Wu
摘要: 我们研究了在引力量子场论(GQFT)框架内的引力波(GWs)的产生和探测。 在该理论中,GWs表现出五种传播模式:一种标量模式、两种矢量模式和两种张量模式。 与广义相对论不同,GQFT中的引力场方程涉及对称和反对称张量,分别由其相应的能量-动量张量控制,两者都可以作为GW辐射的源。 通过求解线性化的引力方程,我们推导出不同GW自由度的一般解析表达式。 我们的分析表明,对称的能量-动量张量分别通过四极矩的迹和无迹部分产生标量和张量GWs。 相反,反对称应力张量则以增强的耦合强度产生标量和矢量GWs。 我们考察了两个示例:一个轨道略有椭圆的黑洞双星系统,会产生标量GWs;一个中子星双星系统,其中一组成部分的净自旋与其速度对齐,导致矢量GW辐射。 最后,我们通过分析GW探测器中的特征来研究这些GW极化模式的可探测性。 我们的发现表明,当前的观测站可以探测到标量和张量模式,而需要设计一个新的探测器来探测矢量GWs。
摘要: We investigate the production and detection of gravitational waves (GWs) within the framework of Gravitational Quantum Field Theory (GQFT). In this theory, GWs exhibit five propagating modes: one scalar, two vector, and two tensor modes. Unlike General Relativity, the gravitational field equations in GQFT involve both symmetric and antisymmetric tensors, governed by their respective energy-momentum tensors, both of which can act as sources for GW radiation. By solving the linearized gravitational equations, we derive general analytic expressions for the different GW degrees of freedom. Our analysis reveals that the symmetric energy-momentum tensor generates scalar and tensor GWs through the trace and traceless parts of the quadrupole moment, respectively. In contrast, the antisymmetric stress tensor induces scalar and vector GWs with enhanced coupling strengths. We examine two illustrative examples: a black hole binary with a slightly elliptical orbit, which produces scalar GWs, and a neutron star binary where one component has a net spin aligned with its velocity, leading to vector GW emission. Finally, we study the detectability of these GW polarizations by analyzing their signatures in GW detectors. Our findings indicate that current observatories can detect both scalar and tensor modes, while a newly designed detector would be required to probe vector GWs.
评论: 46页,2图
主题: 广义相对论与量子宇宙学 (gr-qc) ; 高能物理 - 现象学 (hep-ph); 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:2506.21225 [gr-qc]
  (或者 arXiv:2506.21225v1 [gr-qc] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.21225
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Da Huang [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 6 月 26 日 13:17:17 UTC (177 KB)
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