暗黒光子を介したアクシオン-トーション結合の解明(Researchers Unveil Axion-Torsion Coupling via Dark Photons)

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2025-05-28 中国科学院(CAS)

暗黒光子を介したアクシオン-トーション結合の解明(Researchers Unveil Axion-Torsion Coupling via Dark Photons)
The histogram for the BI parameter and the trace torsion mass in GeV (Image by XAO)

中国科学院(CAS)新疆天文台の高志富教授とブラジル・リオデジャネイロ州立大学のLuiz Carlos Garcia de Andrade博士の研究チームは、ダークフォトンが引き起こす新たな物理効果を発見しました。この研究は、アインシュタイン–カルタン–ホルスト重力理論の枠組みで行われ、ダークフォトンがバルベロ–イミルツィ(BI)パラメータを誘導することを初めて示しました。BIパラメータはループ量子重力理論で重要な役割を果たし、重力波や物質との相互作用に影響を与える可能性があります。また、研究では、ダークフォトンが時空のねじれ(トーション)とアクシオンの変換を引き起こすメカニズムが明らかにされ、アクシオンの振動周波数がBIパラメータによって制御されることが示されました。これらの成果は、初期宇宙の理解を深め、LHCなどの高エネルギー実験で標準模型を超える物理の検証に新たな道を開くと期待されています。研究成果は『The European Physical Journal C』に掲載されました。

<関連情報>

バルベロ-イミルジ・パラメーターとアクシオン-トーション変換が引き起こすダークフォトンとタキオン不安定性 Dark photons and tachyonic instability induced by Barbero–Immirzi parameter and axion–torsion transmutation

Zhi-Fu Gao,Biaopeng Li & L. C. Garcia de Andrade
The European Physical Journal C  Published:18 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-025-14065-5

Abstract

In this paper, we investigate Holst gravity by examining two different examples. The first example involves minimal coupling to torsion, while the second explores non-minimal coupling. The motivation for the first example stems from the recent work by Dombriz et al. (Phys Lett B 834:137488, 2022), which utilized a technique of imposing constraint constant coefficients to massive torsion in the model Lagrangian to determine parameters for the Einstein–Cartan–Holst gravity. We extend this methodology to investigate dark photons, where axial torsion transforms into axions. Interest in elucidating the abundance of dark photons within the framework of general relativity was sparked by Agrawal et al. (Phys Lett B 801:135136, 2020). Building on the work of Barman et al. (Phys Rev D 101:075017, 2020), who explored minimal coupling of massive torsion mediated by dark matter (DM) with light torsion on the order of 1.7 TeV, we have derived a Barbero–Immirzi (BI) parameter of approximately 0.775. This value falls within the range established by Panza et al. at TeV scales, specifically 0≤β≤1.185 (Phys Rev D 90:125007, 2014). To the best of our knowledge, this is the first time a BI parameter has been induced by dark photons on a minimal Einstein–Cartan (EC) gravity. Very recently, implications of the finding of a BI parameter in cosmological bounces have appeared in the literature (Phys Dark Universe 44:141078, 2024). For a smaller BI parameter, a higher torsion mass of 1.51 TeV is obtained. Nevertheless, this figure is still a signature of light torsion which can be compatible with light dark photon masses. The magnetic helicity instability of the dark photons is investigated. The axion oscillation frequency is shown to depend on the BI parameter, and the BI spectra are determined by a histogram. This study not only broadens the understanding of Holst gravity but also provides crucial insights into the interplay between torsion, dark photons, and axions in the cosmological context.

1701物理及び化学
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