ゴースト（物理学）

量子場理論において、ゴースト、ゴースト場、ゴースト粒子、またはゲージゴーストとは、ゲージ理論における非物理的な状態を指す。これらのゴーストは、局所場成分が物理的な自由度数を超える理論においてゲージ不変性を維持するために導入される。ゴーストはゲージ理論における数学的な一貫性を保証する。

ある理論がゴーストの導入によって自己無矛盾性を持つ場合、これらの状態は「良い」状態と分類される。良いゴーストとは、ファデエフ・ポポフ・ゴーストのように、正則化のために導入される仮想粒子である。一方、「悪い」ゴーストとは、負の運動エネルギーを持つ粒子を導入するパウリ・ヴィラール・ゴーストのように、理論内に望ましくない非仮想状態を許容する状態である。

ゴースト場の必要性の一例として、光子が挙げられます。光子は通常、真空中では許容される偏光が2 つしかない場合でも、4 成分ベクトルポテンシャルA _μで記述されます。非物理的な自由度を取り除くには、何らかの制約を課す必要があります。この削減を行う 1 つの方法は、理論にゴースト場を導入することです。電磁場を量子化するためにゴーストを追加することが常に必要というわけではありませんが、 BRST 量子化で行われるように、非アーベルYang–Mills 理論を一貫して厳密に量子化するには、ゴースト場が厳密に必要です。^{[ 1 ] [ 2 ]}

負のゴースト数（場内のゴースト励起の数）を持つ場は、反ゴースト場と呼ばれます。

量子重力理論の中には、二次重力のように間違った種類のゴーストが存在するため、通常は却下されるものがある。^{[ 3 ]}これらのゴーストを理解するための理論も存在する。^{[ 3 ]}

良質なゴーストとは、ゲージ理論における数学的な整合性を維持するために導入される仮想粒子であり、正則化の手段として用いられることが多い。代表的な例として、非可換ゲージ理論の量子化において生じるファデエフ・ポポフ・ゴーストが挙げられる。これらのゴーストは、非物理的な自由度を排除し、ゲージ不変性を維持するのに役立つ。

「悪い幽霊」は、理論物理学における「幽霊」という言葉のより一般的な意味を表している。それは、負のノルムの状態^{[ 7 ]} 、または運動項の符号が間違っている場、例えばパウリ・ヴィラール幽霊などであり、その存在によって確率が負になり、ユニタリ性が破られる^{[ 8 ]}。

• 幽霊不在定理（悪霊に関連する定理）
• BRST量子化、ゴーストに対処するための方式
• ニュートリノ
• 量子的な傷跡（​​幽霊と呼ばれることもある）
• ファントムエネルギー

• コープランド、エド；パディラ、アントニオ（2011年10月26日）。ハラン、ブレイディ（編）。ゴースト粒子（ビデオ）。60のシンボル。ノッティンガム大学。