[論文レビュー] If LHC is a Mini-Time-Machines Factory, Can We Notice?

А. Миронов, А. Морозов+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2007

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、LHCにおけるTeVスケールの重力下で予測される、仮説的な時空構造であるミニタイムマシン（MTM）が、急速な蒸発にもかかわらず検出可能な痕跡を残す可能性があるかを調査している。急速な蒸発にもかかわらず、エネルギースペクトルの歪み、異常な高エネルギー粒子、加速した崩壊、非局所的量子効果、および粒子コピーの増殖といった5つの潜在的観測可能な効果を検討しているが、特定のCP対称性の破れは引き起こさない。

ABSTRACT

Assuming the hypothesis of TeV-scale multi-dimensional gravity, one can imagine that at LHC not only mini-black-holes (MBH) will be intensively created, but also other exotic gravitational configurations, including hypothetical mini-time-machines (MTM). Like MBH, they should quickly evaporate, but one can wonder if their temporal existence at the moment of high-energy collision can leave any traces in the observable data. We briefly discuss five thinkable effects: (i) change of the energy spectrum due to the frequency-filtration property of MTM, (ii) possible production of anomalously energetic particles, accelerated by passing many times through gravitational field inside the MTM, (iii) acceleration of particle decays, since the proper time of a particle moving inside MTM can strongly exceed the laboratory time, (iv) CPT and naive unitarity violation (thermalization) due to effective non-local interactions caused by MTM and to possible ambiguity in the population of closed world-lines inside MTM, (v) collective effects due to conversion of a single particle into a bunch of its co-existing copies within the MTM. Despite possible particle-antiparticle conversion inside MTM, they do not seem to produce any specific CP-violation effects.

研究の動機と目的

• TeVスケールの重力下でLHCで生成されたミニタイムマシン（MTM）が、衝突データに観測可能な痕跡を残すかどうかを評価すること。
• 短命であるにもかかわらず、MTMの存在のための潜在的実験的痕跡を同定すること。
• MTM内に存在する閉じた時空的曲線に起因する非局所的相互作用や時間遅延効果を含む、量子的および運動論的効果を分析すること。
• MTMが標準模型の予測から顕著なずれを引き起こすかどうかを評価すること、例えば異常な高エネルギー粒子や加速した崩壊の可能性を含む。
• MTM効果がCPT対称性やユニタリティの破れ、あるいは複数の世界線コピーに起因する集団的粒子行動を引き起こすかどうかを特定すること。

提案手法

• MTMの周波数フィルタリング特性を分析し、放出粒子のエネルギースペクトルへの影響を評価する。
• MTM内部の重力場を繰り返し通過することで粒子が加速するモデルを構築し、異常な高エネルギー粒子の放出が生じる可能性を評価する。
• MTM内部での固有時間（proper time）が実験室時間よりも著しく長くなることによる時間遅延効果を評価し、粒子の崩壊が加速する可能性を検討する。
• MTM内に存在する閉じた時空的曲線が引き起こす有効な非局所的相互作用を研究し、CPTおよびユニタリティの破れが生じる可能性を検討する。
• MTM内での閉じた世界線に沿って同一粒子の複数のコピーが存在する場合の集団的効果を調査する。
• MTM内での粒子-反粒子変換がCP対称性の破れを引き起こすかどうかを評価し、結論としてそのような信号は生じないものとする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールの重力下でLHCで生成されたミニタイムマシンは、急速な蒸発にもかかわらず、高エネルギー衝突データに検出可能な痕跡を残す可能性があるか？
• RQ2 MTMの周波数フィルタリング特性が、放出粒子のエネルギースペクトルにどのように歪みを引き起こすか？
• RQ3 MTMの重力場を繰り返し通過することで、異常な高エネルギーを持つ粒子が生成される可能性はあるか？
• RQ4 MTM内に存在する閉じた時空的曲線が、固有時間の延長により粒子の崩壊をどの程度加速するか？
• RQ5 MTMが誘導する非局所的相互作用が、粒子相互作用において観測可能なCPTまたはユニタリティの破れを引き起こすか？

主な発見

• MTMの周波数フィルタリング特性により、放出粒子のエネルギースペクトルが歪む可能性があり、これは標準模型の予測からの測定可能なずれを引き起こす可能性がある。
• MTM内部の重力場を複数回通過する粒子は顕著なエネルギーを獲得する可能性があり、その結果として異常な高エネルギー粒子が生成される可能性がある。
• MTM内部で粒子が経験する固有時間は、実験室時間よりも著しく長くなるため、その結果として崩壊率が加速され、観測可能になる可能性がある。
• MTM内に存在する閉じた時空的曲線が誘導する有効な非局所的相互作用は、CPTおよびユニタリティの破れを引き起こす可能性があるが、これらの効果はまだ推測的であり、モデル依存的である。
• MTM内での閉じた世界線に沿って同一粒子の複数のコピーが存在する場合の集団的効果は、観測可能な量子統計的異常を引き起こす可能性がある。
• MTM内での粒子-反粒子変換にもかかわらず、プロセスの対称性の性質により、特定のCP対称性の破れ効果は予想されない。