[論文レビュー] Chern-Simons Violation of Lorentz and PCT Symmetries in Electrodynamics

R. Jackiw|ArXiv.org|Nov 13, 1998

Noncommutative and Quantum Gravity Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、ラグランジアンにチャーム＝シモンズ項を導入することで時空に優先的な方向性をもたらすことで、電磁力学におけるローレンツおよびPCT対称性の破れを検討している。精度測定および天体物理学的観測からの実験的制約を用いて、著者たちは、このような対称性の破れが既存のデータによって決定的に除外されることを結論づけ、このクラスのモデルが自然を記述するものとして排除される。

ABSTRACT

Recently proposed Lorentz-PCT noninvariant modifications of electromagnetism are reviewed. Their experimental consequences are described, and it is argued that available data decisively rules out their occurrence in Nature.

研究の動機と目的

• チャーム＝シモンズ項を介したローレンツおよびPCT対称性の破れの現象的結果を、量子電磁力学において調査すること。
• 既存の実験的および天体物理学的データを用いて、このような修正の妥当性を評価すること。
• 提案された電磁力学の非不変拡張が観測された物理的制約と整合しているかどうかを特定すること。
• ローレンツ-PCT非不変電磁力学に関する最近の提案を批判的にレビューすること。

提案手法

• 論文は、電磁ラグランジアンにチャーム＝シモンズ項を導入し、ローレンツおよびCPT対称性を明示的に破る。
• 得られる修正されたマクスウェル方程式および関連する光子分散関係を分析する。
• 量子場理論の文脈において、チャーム＝シモンズ項によって誘発される有効相互作用および粒子力学を導出する。
• 理論的予測を、素粒子物理学の高精度測定および天体物理学的観測（例：宇宙線およびパulsarデータ）と比較する。
• チャーム＝シモンズ項の係数を制約するために、有効場理論の手法を用いる。
• モデルが量子場理論における既知の保存則および対称性と整合しているかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電磁作用にチャーム＝シモンズ項が存在する場合、自然において観測可能なローレンツおよびPCT対称性の破れを引き起こす可能性があるか？
• RQ2 このような項が量子電磁力学においてどのような測定可能な結果をもたらすか？
• RQ3 実験的および天体物理学的データは、チャーム＝シモンズ項の係数をどのように制約するか？
• RQ4 提案されたローレンツ-PCT対称性破れを伴う電磁力学の修正は、現在の高精度測定と整合しているか？
• RQ5 非不変なチャーム＝シモンズ拡張が標準電磁力学に適用される理論的および現象論的妥当性は何か？

主な発見

• 電磁ラグランジアンにチャーム＝シモンズ項を含めることで、観測可能なローレンツおよびCPT対称性の破れが生じる。
• 修正された光子分散関係は、エネルギーに依存する光の速度および二色性効果を予測する。
• 高精度電磁力学実験および天体物理学的観測（例：パulsarおよび宇宙線から得られるもの）からの制約が、チャーム＝シモンズ係数に対して極めて厳しい上限を与える。
• 論文は、このような対称性の破れが既存のデータによって決定的に除外され、チャーム＝シモンズ項の係数が実質的にゼロに制限されることを結論づけている。
• 分析されたデータからはローレンツまたはPCT対称性の破れの証拠は見つからず、標準模型の対称性構造を支持する。
• チャーム＝シモンズ項による明示的なローレンツおよびPCT対称性の破れを伴う理論的モデルは、現在の実験的限界と整合しない。