Snowmass White Paper: The Numerical Conformal Bootstrap
我们给出了一个简要的概述的状态的数值共形引导。
2022-05-03 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-lat
Snowmass White Paper: String Theory and Particle Physics
我们回顾了最近的发展和悬而未决的问题，关于连接的自上而下的紫外线完整的物理框架的弦论与观测到的物理学的标准模型和超越标准模型物理，强调全球非微扰框架的F理论和紫外线物理学的一般教训。本文是为2022年斯诺马斯进程的TF01召集人准备的，简要介绍了这一重要领域，重点介绍了正在进行的发展和机遇。
2022-04-24 hep-th
Snowmass White Paper: the Double Copy and its Applications
双重副本本质上是一个在各种各样的熟悉领域和弦论中的散射振幅之间的映射。除了数学上丰富的内在结构，它是众多活跃研究方向的基础，在量子、经典和有效场论中有一系列有趣的应用，包括广泛的主题，如弦论、粒子物理学、天体物理学和宇宙学。这份Snowmass白皮书简要介绍了双拷贝、其应用、当前研究和未来挑战。
2022-04-13 gr-qc hep-ph hep-th
Snowmass White Paper: The Cosmological Bootstrap
本白皮书总结了宇宙学自举法的最新进展，这是一种研究原始波动统计数据与幺正性、定域性和对称性假设一致性的方法。我们回顾了引导方法的关键思想，着眼于未来的方向和计划的野心。专注于最近的进展，涉及德西特和准德西特背景，我们强调的作用，奇点和酉约束的形式的recruitators。我们还讨论了非微扰配方的引导，连接到反德西特空间，全息和潜在的影响。
2022-03-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Snowmass White Paper: Moonshine
我们提出了一个简短的概述月光与物理连接的重点。月光现象是指一组连接群论、解析数论和顶点算子代数或共形场论的现象。月光的现代化身出现在弦论中的各种BPS观测值中，并通过对偶出现在枚举几何中的不变量中。我们调查了新老的发展，并强调了一些仍然存在的许多悬而未决的问题。
2022-02-21 hep-th math.RT
Snowmass 2021 White Paper: Observational Signatures of Quantum Gravity
这篇简短的评论旨在作为一个学术讨论会级别的总结，为2021年的斯诺马斯进程，在量子引力的红外观测的最新理论结果。我们依靠简单的物理参数，最明显的是随机游走的直觉，以显示如何在紫外线（在普朗克长度$\ell_p \approx 10^{-35} \mbox{ m}$）的量子引力的影响可能会整合到红外线时，大测量长度尺度$L$进入可观察的。光片视界的量子不确定性会引起$δL^2 \simeq \ell_p L/4 π$大小的累积效应。我们讨论了如何从更正式的计算，如从AdS/CFT，从爱因斯坦-希尔伯特作用量的降维到量子引力，从真空能量波动产生的多个引力冲击波，以及从一个有效的描述重力作为一种流体的随机行走直觉掉出来。我们概述了测量这种效果的实验前景，一个简单的迈克耳孙干涉仪利用许多引力波天文台开发的工具。
2022-05-03 gr-qc hep-ph hep-th
Snowmass White Paper: Cosmology at the Theory Frontier
精确的宇宙学模型描述了宇宙的起源和膨胀历史，观测到的结构在暴胀宇宙视界中播种，需要在紫外和红外线中完成。宇宙视界的动力学也暗示了相关的熵，这也需要微观物理理论。近年来，在理解弦论中的德西特空间和暴胀的结构，以及量子场论捕获的宇宙学可观测量及其可解变形方面取得了巨大进展。通过测量宇宙微波背景和大尺度结构，以及通过思想实验分析理论的一致性，由此产生的模型允许进行持续的观测测试。本文是为2021年雪团进程的TF01和TF09召集人编写的，概述了这一重要领域，重点介绍了正在进行的发展和机遇。
2022-03-15 hep-th
Snowmass White Paper: UV Constraints on IR Physics
局域量子场论或量子引力的基本原理可以对相容低能有效场论的空间提出相容性要求。我们调查的各种技术，已被用来把紫外线的限制，红外物理，包括那些从因果关系的考虑的形式的S-矩阵的积极性和自举界限，散射时间延迟，共形场论和全息方法，连同那些从景观/沼泽地的标准，如弱引力猜想。我们回顾了最近的应用这些约束的修正标准模型物理，爱因斯坦引力的修正，宇宙学理论和突出有前途的未来方向。
2022-09-06 hep-th
Effective field theories of gravity and compact binary dynamics: A Snowmass 2021 whitepaper
在本白皮书中，我描述了有效场论（EFT）技术在经典和量子引力中的现代应用，以及与天体物理学和宇宙学问题的相关性。正如在高能、核或凝聚态物理中EFT的应用一样，基于通过重整化群演化的短距离尺度解耦的威尔逊范式在引力的背景下仍然是一个强大的组织原则。然而，时空几何的存在带来了新的元素（非平凡的时间依赖性，宇宙或黑洞事件视界），这就需要引入新的场论方法，而这些方法在能量和强度前沿的物理学中的应用通常不会遇到。在简要概述了EFT方法在引力应用中的最新发展之后，我将重点介绍紧凑型二元动力学的EFT描述，包括它在LIGO/VIRGO和其他天文台的引力波探测实验计划中的一些应用。
2022-06-28 gr-qc hep-ph hep-th
Snowmass White Paper: Hamiltonian Truncation
强耦合量子场论（QFT）在高能物理和多体物理中普遍存在，但我们在这类系统中进行精确计算的能力仍然有限。Hamilton截断是一种在连续极限下对强耦合QFT中的实时演化进行非微扰计算的方法，其工作原理是在全希尔伯特空间的截断子空间中数值求解薛定谔方程。最近在理解这种方法方面的进展为一系列应用的进展打开了大门，从$d\ge 2$维的规范理论到相对论非平衡物理学。
2022-01-27 cond-mat.str-el hep-th
Theories and Experiments for Testable Baryogenesis Mechanisms: A Snowmass White Paper
宇宙的重子不对称性是期望物理学超越标准模型的核心动机之一。在这篇Snowmass白皮书中，我们回顾了测试一些核心范式的挑战和机遇，这些范式预测物理学的尺度足够低，可以期待未来十年的新实验数据。重点放在理论思想和他们的一些实验的影响，特别是，我们讨论了中子-反中子转换，味观测，下一代对撞机，未来的中子设施，引力波，寻找永久电偶极矩，$0νββ$衰变和一些未来的大型地下实验作为方法来测试后sphaleron重子，电弱重子，中生和低尺度leptogenesis。最后，我们评论的情况下，高尺度物理可以探测通过这些相同的机制。
2022-03-25 hep-ex hep-ph hep-th
Snowmass White Paper: S-matrix Bootstrap
S-矩阵Bootstrap起源于这样一种想法，即S-矩阵可以完全受到全局对称性、交叉性、么正性和解析性的约束，而不依赖于可能是或可能不是量子场论的基础动力学理论。最近，这一方法又从一个有些不同的角度重新得到了应用。利用同样的约束，我们可以用数值方法映射出允许的S-矩阵的（无限维）空间，它应该包含所有相容的量子场论（和引力的量子理论）。此外，在最好的情况下，人们可以在空间中找到特殊的点，这些点可以用某种感兴趣的量子场论来识别。在这种情况下，该方法允许S-矩阵的数值计算，而不依赖于特定的拉格朗日理论。在本白皮书中，我们总结了最新技术水平，并讨论了该主题的未来。
2022-05-05 hep-th
Snowmass White Paper: The Analytic Conformal Bootstrap
解析共形引导法是一系列利用对称性、因果性、么正性和其他一般原理来表征、约束和求解强相互作用量子场论的技术。在过去的十年中，由于新的洛伦兹方法的发展，它已被用于解决大自旋的共形场论;对能量分布、事件形状、算符乘积系数和其他可观测量设置界限;以及理解反德西特空间中的量子引力。我们回顾了这些进展，并强调了未来探索的几个有前途的领域。目标包括开发新的方法来缩小数值和分析边界之间的差距，将自举扩展到共形不动点之外，应用于量子引力和宇宙学，并建立与凝聚态理论和数学的联系。
2022-02-22 hep-th
Snowmass White Paper: New ideas for many-body quantum systems from string theory and black holes
在过去的二十年里，人们利用规范/引力对偶性对强耦合量子多体系统的动力学有了许多新的认识，其中黑洞常常扮演着普遍的角色。在本白皮书中，我们总结了所获得的结果，并对未来的发展提出了一些展望，包括正在进行的互利反馈回路，以及对更一般的、不一定是全息的量子多体系统的研究。
2022-03-09 cond-mat.str-el hep-th nlin.CD
Snowmass white paper: Quantum information in quantum field theory and quantum gravity
本文综述了近年来将量子信息理论的方法和思想应用于量子场论和量子引力研究的进展和面临的挑战。重要的议题和主题包括：量子场论中的纠缠熵及其揭示的RG流、对称性和相位;扰乱、信息传播和混沌;状态准备和复杂性;量子场论的经典和量子模拟;以及信息在全息对偶中的作用。我们还强调了量子信息科学从各领域之间的协同作用中受益的方式。
2022-04-25 hep-th quant-ph
Snowmass White Paper: Micro- and Macro-Structure of Black Holes
黑洞信息悖论为未来的量子引力理论提供了一个严格的检验。弦论在解决这个悖论方面取得了重大进展，并导致了模糊球和微观几何程序。这些程序的中心论点是，只有弦论有足够多的自由度来解决黑洞的微观结构，视界和奇点是试图用一个自由度太少的理论来描述引力的人工产物，而这个理论不能解决物理学问题。在弦论中，模糊球和微态几何将黑洞重新塑造成无视界、无奇性的物体，不仅解决了这个悖论，而且为底层的微观结构提供了新的见解。我们给出了这种方法的概述，总结其现状，并描述了未来的前景和见解，现在触手可及。
2022-03-09 hep-th
Snowmass White Paper: The Quest to Define QFT
本文回顾量子场论严格定义文献，指出现有公理体系不完整，提出完整定义仍是开放问题，对物理和数学均具重要性。
2023-01-10 hep-th math-ph math.MP
Snowmass White Paper: Effective Field Theories for Condensed Matter Systems
我们回顾了有效场论方法在广义凝聚态系统中应用的最新进展和一些未来的发展方向。我们的重点是在那些允许高能物理和多体理论之间进行思想交流的领域。我们讨论了自发对称性破缺的有效场论的发展，流体力学和非平衡动力学更一般，物质的分形相，和2+1维场论之间的对偶。我们还讨论了有效场论在非费米液体中的应用，纠缠熵的动力学和凝聚态宇宙学方面。
2022-03-18 cond-mat.other hep-th
Neutrino Flavor Model Building and the Origins of Flavor and CP Violation: A Snowmass White Paper
中微子部门提供了一个最敏感的探针，新的物理学超越粒子物理学的标准模型。中微子质量产生的机制仍然是未知的。观测到的中微子质量的抑制暗示了一个大尺度，可以想象的是大统一理论（GUT）的尺度，这是中微子的一个独特特征，而不是带电费米子。中微子质量和混合的起源是费米子质量和混合之谜的一部分，这在SM中没有得到解释。夸克和轻子部门的味模型的建设是重要的，以获得更好地理解的起源的质量层次结构和味混合，这构成了占主导地位的部分SM参数。基于非阿贝尔离散味对称性和模味对称性的中微子味模型的建立是一个很有前途的研究方向。新兴的模型提供了一个框架，具有显着减少数量的未确定的参数在风味部门。基于非阿贝尔离散味对称性及其模块化变体的模型构建使粒子物理学界能够解释当前和预期即将到来的中微子实验数据。基于这样的框架追求风味模型的建设也可以提供连接到可能的UV完成，特别是弦论。我们强调的重要性，构建模型的理论预测的不确定性小于，或在最兼容的，在中微子实验中的测量误差条。
2022-04-19 hep-ph hep-th
Snowmass White Paper: Higher Spin Gravity and Higher Spin Symmetry
更高自旋重力是指重力的扩展，包括至少一个大于2的自旋场。由于无限维（更高自旋）规范对称性的限制，这些扩展有望提供可管理的量子引力模型。高自旋引力/对称性的一个关键方面是它所包含的主题的范围和多样性：（a）高自旋场在量子引力、AdS/CFT、弦论中发挥作用，预计将在宇宙学和黑洞物理学中产生重要影响;（b）高自旋对称性在共形场论、凝聚态系统及其对偶中得到应用;（c）这些模型通常依赖于在研究QFT的数学基础或纯数学中开发的工具：从变形量子化和非交换几何到共形几何、渐变几何（包括BV-BRST量子化）和偏微分方程几何。最近令人兴奋的应用还包括（d）将黑洞双星的合并模拟为大质量高自旋粒子的散射。
2022-06-27 hep-th
Snowmass White Paper: Gravitational Waves and Scattering Amplitudes
我们回顾了最近的进展和未来的前景，利用强大的工具，从理论高能物理，如散射振幅和有效场论，开发一个精确的和系统的改进框架计算引力波信号的黑洞和/或中子星组成的二元系统。这项工作旨在提供最先进的预测，使未来的引力波探测器能够进行高精度测量。反过来，将量子场论的工具应用于这一新领域将揭示理论结构，这些理论结构可以改变我们对基本现象的理解，并导致新的工具，从而进一步推动创新周期。虽然仍处于起步阶段，但这一研究方向已经在广义相对论中得出了新的分析结果，并有望推动为更灵敏的探测器开发高精度波形模型。
2022-04-11 gr-qc hep-th
Snowmass White Paper: Effective Field Theories in Cosmology
均匀和各向同性膨胀背景周围的小涨落是宇宙学的主要研究对象。它们的起源和演化对膨胀期间和宇宙晚期发生的物理过程很敏感。因此，它们是回答宇宙学中许多主要开放问题的关键。在许多感兴趣的例子中，给出了相关尺度的大分离，这些波动的最自然的描述是根据有效场论来制定的。这是理论宇宙学许多重要现代发展的主要途径，它为大量的宇宙学模型提供了一个统一的框架，并在基本宇宙学参数和观测值之间建立了明确的联系。在这篇综述中，我们总结了这些结果的背景下，有效场论的通货膨胀，大尺度结构，和暗能量。
2022-03-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Snowmass White Paper: Quantum Aspects of Black Holes and the Emergence of Spacetime
黑洞为我们提供了一个窗口，让我们得以了解量子引力中时空的微观结构。最近，人们计算了霍金辐射中包含的量子信息，验证了黑洞蒸发与量子力学幺正性一致性的一个关键方面。这个计算主要依赖于最近在从边界全息描述中理解大块时空的出现方面取得的进展。时空虫洞在理解这一结果的基础上发挥了重要作用，在这种和其他背景下，对这种虫洞的精确研究已经通过低维全息模型的发展而得以实现。在本白皮书中，我们回顾了这些发展，并描述了该主题中的一些深层次开放问题。这些包括黑洞内部的性质，量子宇宙学的潜在应用，黑洞精细结构的引力解释，以及与量子信息和实验室量子模拟的进一步联系的发展。
2022-03-02 cond-mat.str-el gr-qc hep-th
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper: Fundamental Physics and Beyond the Standard Model
引力波探测器是探测强引力场，特别是黑洞和中子星的强大工具。这些紧凑的物体在产生电磁和引力辐射方面非常有效。因此，它们是基础物理学的理想实验室，具有巨大的发现潜力。第三代地球探测器、空间探测器和脉冲星定时阵列对黑洞双星的探测将提供对广义相对论的精密检验。响亮的“黄金”事件和极端质量比的灵感可以通过映射外部时空几何来加强视界的观测证据，告诉我们可能的近视界修改，也许还揭示了爱因斯坦引力的崩溃。对黑洞自旋分布的测量和连续的引力波搜索可以把黑洞变成超轻玻色子的有效探测器，其质量可以达到10个或更多数量级。对螺旋双星相位的精确监测可以限制额外传播场的存在，并描述双星生活的环境，限制当地暗物质密度和性质。来自致密双星的引力波将在以前无法触及的领域探索广义相对论和基础物理学，并使我们能够解决我们目前对宇宙的理解中的基本问题。
2022-03-31 gr-qc hep-ph hep-th
TF1 Snowmass Report: Quantum gravity, string theory, and black holes
我们给出了一个概述领域的量子引力，弦论和黑洞总结各种白皮书在这个问题上提交的一部分，斯诺马斯进程。
2022-11-17 hep-th
Supersymmetric Lattice Theories: Contribution to Snowmass 2022
在本白皮书中，我们总结了具有精确超对称聚焦的格点理论的构造和应用，特别是N=4的杨-米尔斯理论。该理论的晶格公式允许在强耦合下对理论进行数值模拟，因此提供了一个远离平面极限的非微扰物理学窗口。这对我们理解量子引力和共形场论的全息方法有重要的应用。
2022-02-16 hep-lat hep-th
Snowmass White Paper: Precision Studies of Spacetime Symmetries and Gravitational Physics
高能物理学主要关注的是揭示在基本层面上支配自然的定律和原理。这一领域的研究通常依赖于探索现有物理学的边界，这一任务通常与极端的能量和距离尺度有关。因此，这是不足为奇的粒子物理学传统上一直占主导地位的大规模实验方法，往往涉及高能量，如对撞机和储存环，宇宙学和天体物理观测，大容量探测器系统等，然而，在较小的实验中，高灵敏度的测量，往往在较低的能量，目前正在经历一个激增的重要性粒子物理至少有两个原因。首先，他们利用协同效应，以邻近领域的物理与最新进展的实验技术和技术。随着现象学探索的加强，这些进展使人们认识到，与弱耦合或新物理学的预期抑制因子相关的挑战可以通过这些方法克服，同时保持很大程度的实验控制。第二，相对于上述一套更传统的方法，这些测量方法中的许多方法拓宽了粒子物理现象和可观测量的范围。因此，将这些测量与上述传统努力相结合，可以为源自标准模型（BSM）之外的物理学的可能影响提供更广泛和更紧密的网络。本文认为，这一评估指出，这些方法和测量对高能物理的影响越来越大，因此需要直接支持粒子物理研究。利用最近与高能物理学研究相关的快速进展和光明前景，可能会产生高回报，但需要资助机构做出大量和持续的努力。
2022-04-15 gr-qc hep-ex hep-ph
Snowmass 2021 Cosmic Frontier White Paper: The Dense Matter Equation of State and QCD Phase Transitions
我们对超高密度、高质子/中子数不对称和低温下物质物理性质的有限理解是目前物理学中的主要突出问题之一。由于这种极端状态下的物质仅稳定存在于中子星（NS）的核心中，因此从电磁和引力波天体物理观测中对NS进行的补充测量，结合地面实验室的限制和进一步的理论研究，有望为量子色动力学相空间区域中物质的性质提供重要的见解。这一多学科的努力对未来十年及以后的设施和资源提出了以下要求：* 下一代引力波探测器，以揭示更多的双NS和中子星-黑洞合并; * 灵敏的射电望远镜，以发现最大质量和最快的旋转NS;* 大面积、高时间分辨率和/或高角分辨率X射线望远镜，以限制NS质量-半径关系;* 提供合适的实验室设施，进行核物理实验，以限制稠密物质的物态方程;* 提供现代化的大规模高性能计算基础设施。同样的设施和资源也将使现代物理学其他引人注目的研究领域取得重大进展，如暗物质的性质、引力的替代理论、核子超流性和超导性，以及一系列天体物理学，包括但不限于恒星演化、核合成和原始黑洞。
2022-09-15 astro-ph.HE gr-qc hep-th
