[論文レビュー] Comments on the recent result of the "Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam"

Luis Gonzalez‐Mestres|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2011

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、OPERA実験が報告した光を超えるニュートリノ速度が、標準模型粒子と仮想のスーパー・ブレディオン（光速をはるかに超える臨界速度を持つ粒子）との量子混合に起因する可能性を提案する。このモデルは、ニュートリノの有効臨界速度が上昇することで異常なニュートリノ速度を説明し、光子や他の粒子は逆方向のシフトを経験する可能性があり、深刻な真空崩壊を回避する。この枠組みは、空間移動がコンpaktoなSU(2)群を形成するスピン性時空幾何学とも関連しており、運動論的不整合を幾何的構造と統合する。

ABSTRACT

The recent result by the OPERA experiment, confirming a trend already present in a previous result by MINOS, raises the question of a possible strong violation of standard relativity. In particular, the particles of the standard model would have different critical speeds in vacuum, and such differences would be measurable with nowadays facilities. Although several experimental and phenomenological issues remain open, the situation deserves been studied closely from a theoretical point of view. The data cannot be explained by conventional extrapolations of Planck-scale Lorentz symmetry violation (LSV) patterns. But, as already stressed in our previous papers since 1995, a weak mixing of standard particles with superbradyons (particles with positive mass and energy, and a critical speed in vacuum much larger than the speed of light) can explain such an effect. Superbradyons can be the ultimate constituents of matter (superluminal preons), but they may simultaneously exist in our Universe as free particles just as light can cross a transparent material medium. In this case, a direct mixing between superbradyons and the particles of the standard model would be unavoidable. After briefly examining the experimental situation and the problems it may raise, we comment on the possibility of a superbradyonic mixing, as well as on the implications of a spinorial description of space-time where space translations would form a SU(2) compact group.

研究の動機と目的

• OPERA実験が報告した光を超えるニュートリノ伝播の理論的妥当性を調査すること。
• 標準的プランクスケールの外挙げを超えるローレンツ対称性の破れ（LSV）パターンによって、観測された異常を説明できるかを検討すること。
• 標準粒子が超光速のプリオンと量子混合することで臨界速度が変更されるメカニズム—スーパー・ブレディオン混合—を提案すること。
• 特に真空崩壊や高エネルギー粒子の安定性に関して、このような状況の宇宙論的および現象論的整合性を検討すること。
• 空間移動がSU(2)で記述されるスピン性時空幾何学を探索し、運動論的不整合と幾何的構造を統合する可能性を検討すること。

提案手法

• 標準模型粒子とスーパー・ブレディオンとの間の量子混合モデルを提案し、その結果生じるエネルギー固有状態の有効臨界速度が元の粒子と異なることを示す。
• 臨界速度 $ c_s \gg c $ を持つスーパー・ブレディオンの相対論的運動を、$ E_s = c_s (p_s^2 + m_s^2 c_s^2)^{1/2} $ で記述し、真空中の力学を記述する。
• 混合ハミルトニアン $ H_{\text{mix}} \propto \lambda \epsilon \, \psi_s^\dagger \psi $ を用い、$ \lambda $ と $ \epsilon $ が混合強度とエネルギーシフトを制御することを示し、有効臨界速度を導出する。
• 超光速粒子の真空崩壊率を分析し、$ (c_\nu - c_\pi)/c \approx 2 \times 10^{-5} $ であれば、20 GeV以上のエネルギーでパイオンの崩壊が不可能であることを示す。
• 四次元時空の点がSU(2)スピンルール $ \xi $ で記述されるスピン性時空モデルを導入し、宇宙的時間 $ t = |\xi| $ を定義することで、物質や重力を事前に導入せずとも自然に膨張する宇宙とハッブル的挙動を再現する。
• 空間移動のSU(2)構造が、臨界速度の不整合と内部対称性を統合する可能性を示し、$ c $ を電気的荷電定数と同様に扱うことで、統一的幾何枠組みを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 OPERAの光を超えるニュートリノ結果は、従来のローレンツ対称性の破れではなく、スーパー・ブレディオンとの弱い混合機構によって説明可能か？
• RQ2 特に真空崩壊率に関して、ニュートリノと他の粒子の臨界速度差に課される現象論的制約は何か？
• RQ3 SU(2)空間移動を持つスピン性時空幾何学は、物質や重力を導入せずとも、なぜ自然に宇宙論的膨張とハッブル的挙動を再現するのか？
• RQ4 臨界速度の不整合が、プランクスケール未満のスーパー・ブレディオンプリオンの複合構造に起因する可能性は何か？
• RQ5 観測された不整合は、粒子種別に非一様な臨界速度を示しており、パイオン崩壊や電子対生成のような高エネルギー過程にどのような影響を及えるか？

主な発見

• $ (c_\nu - c_\pi)/c \approx 2 \times 10^{-5} $ であれば、20 GeV以上のエネルギーでオンシェルパイオン崩壊がニュートリノに不可能になるため、OPERAのエネルギー範囲と矛盾する。したがって、異常はこれより小さい必要がある。
• 100 TeVのニュートリノが自発的 $ e^+e^- $ 対放出を避けるためには、電子とニュートリノの臨界速度差が $ \approx 10^{-16}c $ 未満でなければならない。これはLSVに対してきびしい制約を与える。
• 臨界速度の相対的シフト $ \sim 10^{-5} $ を生成するには $ \rho^2 \sim 10^{-11} $ の混合パラメータが必要であり、これはOPERAが報告した異常と整合的である。
• スーパー・ブレディオン混合は、混合チャネルに応じて、標準粒子の有効臨界速度を増加または減少させる可能性があり、ニュートリノの超光速性と光子の亜光速性の両方を説明可能である。
• $ t = |\xi| $ とSU(2)空間移動を持つスピン性時空モデルは、物質や相対性理論を事前に導入せずとも、ハッブル則と宇宙赤方偏移を自然に再現する。
• このモデルは、臨界速度の不整合が内部対称性の破れや非一様な結合定数と類似しており、$ c $ が統一的幾何枠組みにおいて電気的荷電定数と同様の役割を果たす可能性を示唆する。