自2015年美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)和意大利室女座干涉儀(Virgo)觀(guān)測(cè)到黑洞合并以來(lái)，黑洞合并已成為可以觀(guān)測(cè)的物理現(xiàn)象。未來(lái)的引力波實(shí)驗(yàn)，將使我們能夠更好地測(cè)量這些有趣天體的性質(zhì)。但在理論方面，目前仍缺少對(duì)旋轉(zhuǎn)黑洞的高階有效引力相互作用的理解。作為黑洞合并現(xiàn)象的首批研究者之一，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院助理教授A(yíng)lexander Ochirov與合作者提出了一個(gè)描述旋轉(zhuǎn)黑洞的動(dòng)力學(xué)的理論框架，相關(guān)進(jìn)展近期陸續(xù)在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）和《高能物理雜志》（Journal Of High Energy Physics, JHEP）上在線(xiàn)發(fā)表。

這一理論框架的建立是基于量子場(chǎng)論中有質(zhì)量、高自旋粒子的散射振幅。加入上?？萍即髮W(xué)前，Ochirov教授在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院工作期間，成功將旋轉(zhuǎn)黑洞的Kerr解與Nima Arkani-Hamed、Tzu-Chen Huang和黃宇廷（Yu-tin Huang）提出的一系列簡(jiǎn)單的高自旋散射振幅聯(lián)系起來(lái)。此后，Ochirov教授與合作者一直在進(jìn)行理論探索，試圖找到一種普遍將黑洞視為一種特殊的、有質(zhì)量、高自旋粒子的方法。

自旋大于2的粒子并非基本粒子，但在自然界中普遍存在，只是描述它們的量子場(chǎng)理論比基本粒子的要復(fù)雜得多。其主要困難在于要確保只有物理自由度對(duì)可觀(guān)測(cè)量產(chǎn)生貢獻(xiàn)。2022年，Ochirov在牛津大學(xué)工作期間與合作者提出了一種全新的手性理論來(lái)處理有質(zhì)量、高自旋粒子量子場(chǎng)論，發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

一種更早的互補(bǔ)方法在2001年由 Yuri Zinoviev提出，在建立有質(zhì)量、高自旋粒子和黑洞的量子場(chǎng)論框架方面發(fā)揮了重要作用，它利用了物理系統(tǒng)的規(guī)范對(duì)稱(chēng)性，即系統(tǒng)的某些參數(shù)變化不會(huì)產(chǎn)生任何可觀(guān)測(cè)的物理效應(yīng)?；谝恍┪锢砑僭O(shè)，Ochirov在倫敦?cái)?shù)學(xué)科學(xué)研究所工作期間與合作者證明，有質(zhì)量、高自旋的規(guī)范對(duì)稱(chēng)性可以用來(lái)限制旋轉(zhuǎn)黑洞的引力相互作用形式，研究成果2023年11月發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》，被編輯推薦為亮點(diǎn)文章。

基于前序工作，Ochirov教授加入上科大后開(kāi)展進(jìn)一步深入研究，并取得了新的成果。對(duì)于有質(zhì)量、高自旋粒子的電磁相互作用及其經(jīng)典對(duì)應(yīng)物的研究，Ochirov教授提出了兩種互補(bǔ)性的理論：一種是基于手性的理論，另一種是基于規(guī)范對(duì)稱(chēng)性的，相關(guān)內(nèi)容以“From higher-spin gauge interactions to Compton amplitudes for root-Kerr”為題發(fā)表于《高能物理雜志》。此外，Ochirov教授與合作者給出了描述旋轉(zhuǎn)黑洞的次領(lǐng)頭階引力相互作用的四粒子康普頓振幅理論進(jìn)展，成果以“Compton Amplitude for Rotating Black Hole from QFT”為題發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）成果

文章標(biāo)題：Compton Amplitude for Rotating Black Hole from QFT

文章鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.071601

《高能物理雜志》（Journal Of High Energy Physics, JHEP）成果

文章標(biāo)題：From higher-spin gauge interactions to Compton amplitudes for root-Kerr

文章鏈接：https://doi.org/10.1007/JHEP09(2024)196