任意维度中引力诱导的光子相互作用与红外自洽性

我们计算了在引力存在下，自旋$0$、$\frac{1}{2}$、$1$的带电粒子圈在任意时空维度$d$中产生的四光子（$F^4$）算符。为此，我们通过热核系数展开单圈有效作用量，该系数同时捕捉了引力诱导的$F^4$算符重整化以及由大质量带电粒子产生的低能爱因斯坦-麦克斯韦有效场论（EFT）。我们使用来自极端黑洞（对于$d\geq 4$）和四光子散射的红外（IR）自洽性（对于$d\geq 3$）的标准论证，对$F^4$算符设置了正性界限。我们发现两种方法产生了几乎等价的结果，尽管在振幅中我们丢弃了引力子$t$道极点，并使用了任意$d$下高斯-邦内项在二次阶的消失。正性界限约束了重粒子的荷质比。如果普朗克尺度的$F^4$算符足够小或为负，这些界限在大多数（但并非所有）维度中产生了$d$维弱引力猜想（WGC）的一个版本。在$d=6$的特殊情况下，来自任意自旋带电粒子的引力诱导的$F^4$算符的贝塔函数为正，导致具有对数增强的WGC类界限。在$d=9,10$中，WGC未能保证红外EFT中极端黑洞的衰变，因此需要存在足够大的普朗克尺度$F^4$算符。