타키온 응축
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1. 개요
타키온 응축은 복소수 질량을 갖는 타키온적인 장이 진공 기댓값을 가지며 퍼텐셜 에너지의 최솟값에 도달하는 과정을 의미한다. 타키온 응축은 자발대칭파괴와 같은 현상을 유발할 수 있으며, 힉스 메커니즘과 같은 응집 물질 물리학 및 입자 물리학 표준 모형에도 적용된다.
타키온 응축은 물리계를 안정된 상태로 만들며, 끈 이론에서 D막의 불안정성을 설명하는 데 중요한 역할을 한다. 특히, 열린 끈으로 전달되는 타키온은 D막의 소멸을 나타내며, 닫힌 끈 타키온 응축에 대한 연구도 진행되고 있다.
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2. 이론적 개괄
타키온 응축은 스칼라장인 타키온장이 복소수 질량을 가지고 진공 기댓값을 얻어 포텐셜 에너지의 최솟값에 도달하는 과정이다. 장이 포텐셜의 국소 최대 근처에서는 타키온적이고 불안정하지만, 최솟값 근처에서는 음이 아닌 제곱 질량을 얻어 안정해진다.
타키온의 등장은 어떠한 이론에서도 잠재적으로 치명적인 문제가 될 수 있는데, 응축되는 타키온 장은 자발대칭파괴가 된다. 응집물질물리학에서 강자성, 입자물리학 표준모형에서의 전자기약 대칭성을 깨는 힉스 메커니즘 등이 이에 해당한다.[4]
2. 1. 용어 설명
타키온 응축은 복소수 질량을 갖는 타키온적인 장(통상적으로 스칼라장)이 진공 기댓값을 가지며 퍼텐셜 에너지의 최솟값에 도달하는 과정이다. 장이 퍼텐셜의 국소 최대점에서 타키온(불안정)일 때, 최소점 근처에서는 음이 아닌 안정한 질량 제곱을 갖게 된다.[4]타키온의 허수 질량이라는 개념은 고전적인 해석이 없기 때문에 문제가 될 수 있지만, 질량은 양자화되지 않는다. 대신 스칼라장이 양자화된다. 심지어 타키온 양자장의 경우에도, 공간적으로 분리된 점에서의 장 연산자는 여전히 교환(또는 반교환)하여 인과성을 보존한다. 따라서 정보는 여전히 빛보다 빠르게 전파되지 않으며,[1] 해는 지수적으로 증가하지만 초광속으로 증가하지 않는다 (인과율 위반은 없다).[4]
"허수 질량"은 실제로 시스템이 불안정해진다는 것을 의미한다. 0 값의 장은 언덕 꼭대기에 있는 공처럼, 포텐셜 에너지의 국소 최소값이 아닌 국소 최대값에 있다. 매우 작은 자극(양자 요동으로 인해 항상 발생함)은 장이 지수적으로 증가하는 진폭을 가지고 국소 최소값으로 굴러가게 한다. 타키온 장이 포텐셜의 최소값에 도달하면, 그 양자는 더 이상 타키온이 아니라 힉스 보손과 같이 양의 질량 제곱을 가진 일반적인 입자이다.[2]
3. 응축의 과정
타키온 응축은 일반적으로 스칼라장인 타키온장이 복소수 질량을 가지고 진공 기댓값을 얻어 포텐셜 에너지의 최솟값에 도달하는 과정이다. 장이 포텐셜의 국소 최대 근처에서는 타키온적이고 불안정하지만, 최솟값 근처에서는 음이 아닌 제곱 질량을 얻어 안정해진다.[4]
타키온의 허수 질량이라는 개념은 다소 혼란스럽지만 여기서 실제로 양자화되는 것은 스칼라장이다. 타키온의 양자장에서 공간꼴 간격으로 떨어진 지점 사이의 장 연산자가 여전히 교환(혹은 엇교환)관계를 만족하기 때문에 인과율은 보존되며 따라서 정보는 빛보다 빨리 전파되지 않는다.[1] "복소 질량"의 의미는 계가 불안정하며 해가 지수승으로 커진다는 뜻이지 초광속으로 움직인다는 뜻이 아니다(따라서 인과율의 위배는 없다).[2]
타키온 응축은 물리계를 타키온이 존재하지 않는 안정된 상태로 향하게 하는 것이다. 이때 영의 값을 갖는 장은 국소 최저점에서의 값이며 퍼텐셜 에너지의 국소값은 아니다. 이것은 언덕 꼭대기에 놓인 구슬과 유사하게 생각할 수 있는데, (양자 요동 때문에 언제나 일어나는) 미세한 건드림이 지수적으로 증가하는 진폭과 함께 장을 국소 최저점으로 내려가게 한다. 타키온 장이 퍼텐셜의 최저점에 도달하면 그 양자는 더 이상 타키온이 아니며 힉스 보존과 같은 양수 제곱 질량을 갖게 된다.
4. 끈 이론에서의 타키온 응축
1990년대 후반, 아쇼케 센은 D막에 부착된 열린 끈으로 전달되는 타키온은 D막이 소멸되는 불안정성을 나타낸다는 가설[5]을 발표했고, 2000년대 초 타키온은 활발한 연구 분야가 되었다. 닫힌 끈 타키온 응축은 꼬인 닫힌 끈 타키온의 경우 아담스, 폴친스키, 실버스타인에 의해 연구되었다. 26차원 보존 끈 이론에서 닫힌 끈 타키온의 운명은 아직 밝혀지지 않았다.
4. 1. 관련 연구
1990년대 후반, 끈이론 학자 아쇼케 센은 D막에 부착된 열린 끈으로 전달되는 타키온은 D막이 소멸되는 불안정성을 나타낸다는 가설[5]을 발표했다. 이때 타키온으로 전달되는 총에너지량은 끈 장론에서 계산 가능한데, 그것은 D막의 총에너지와 같음을 보일 수 있으며 센의 가설은 그 밖의 다른 조건들도 만족하도록 설명하고 있다. 이로써 타키온의 개념은 2000년대 초반에 들어 다시 부각되게 된다.닫힌 끈 타키온 응축의 특징은 더욱 미묘하다. 꼬인 닫힌 끈에서의 타키온 동역학은 아담스, 폴친스키, 실버스타인에 의해, 그리고 더 확장된 영역에 의한 것 또한 다른 학자들에 의해 주어졌다. 26차원의 보존 끈 이론에서의 닫힌 끈 타키온의 진행 경과는 여전히 밝혀져 있지 않으며 연구 중에 있다.
참조
[1]
논문
Possibility of Faster-Than-Light Particles
[2]
서적
An Introduction to Quantum Field Theory
Perseus books publishing
[3]
논문
Tachyon condensation on the brane antibrane system
[4]
논문
Possibility of Faster-Than-Light Particles
[5]
논문
Tachyon condensation on the brane antibrane system
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