Particle production in a gravitational wave background

物理 无质量粒子 引力子 标量场 引力波 量子电动力学 重力场 光子 引力红移 标量(数学) 费曼图 引力波观测站 万有引力 量子力学 几何学 数学
作者
P. B. Jones,Patrick McDougall,Douglas Singleton
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:95 (6) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevd.95.065010
摘要

We study the possibility that massless particles, such as photons, are produced by a gravitational wave. That such a process should occur is implied by tree-level, Feynman diagrams such as two gravitons turning into two photons i.e. $g + g \rightarrow \gamma + \gamma$. Here we calculate the rate at which a gravitational wave creates a massless, scalar field. This is done by placing the scalar field in the background of a plane gravitational wave and calculating the 4-current of the scalar field. Even in the vacuum limit of the scalar field it has a non-zero vacuum expectation value (similar to what occurs in the Higgs mechanism) and a non-zero current. We associate this with the production of scalar field quanta by the gravitational field. This effect has potential consequences for the attenuation of gravitational waves since the massless field is being produced at the expense of the gravitational field. This is related to the time-dependent Schwinger effect, but with the electric field replaced by the the gravitational wave background and the electron/positron field quanta replaced by massless scalar "photons". Since the produced scalar quanta are massless there is no exponential suppression as occurs in the Schwinger effect due to the electron mass.
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