[論文レビュー] Lorentz- and CPT-violating extension of the standard model

Alan Kostelecký|ArXiv.org|Dec 28, 1999

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、ゲージ不変性とエネルギー運動量保存を保ちつつ、ローレンツ対称性の自発的破れに基づく、パワー・カウンティングで再正則化可能な、ローレンツおよびCPT対称性を破る標準模型の拡張を提案する。CPT偶数およびCPT奇数の項を含む一般化されたフレームワークを導入し、中性メーソンの振動から反水素分光まで、多様な実験で観測可能な効果を予測する。

ABSTRACT

The formulation and some experimental implications of a general Lorentz-violating extension of the standard model are reviewed. The theory incorporates both CPT-preserving and CPT-breaking terms. It is otherwise a conventional quantum field theory, obtained under the assumption that Lorentz symmetry is spontaneously broken in an underlying model. The theory contains the usual standard-model gauge structure, and it is power-counting renormalizable. Energy and momentum are conserved. Despite the violation of Lorentz symmetry, the theory exhibits covariance under Lorentz transformations of the observer inertial frame. A general Lorentz-violating extension of quantum electrodynamics can be extracted. The standard-model extension implies potentially observable effects in a wide variety of experiments, including among others measurements on neutral-meson oscillations, comparative studies in Penning traps, spectroscopy of hydrogen and antihydrogen, bounds on cosmological birefringence, measurements of muon properties, clock-comparison tests, and observations of the baryon asymmetry.

研究の動機と目的

• ローレンツ対称性およびCPT対称性の破れを、ゲージ構造と再正則化可能性を保ちつつ統合する一貫した量子場の理論フレームワークの構築。
• 既知の実験的制約と整合可能な形で、ローレンツ対称性の自発的破れの物性的結果を調査すること。
• ペニングトラップ測定、分光法、および宇宙論的バイレフレンスの高精度実験における測定可能な効果の同定。
• 粒子物理学および宇宙論の複数のセクターにわたり、ローレンツ対称性の破れを統一的にテストする理論的フレームワークの提供。
• エネルギー運動量保存などの基本的対称性を破らずに、CPT偶数およびCPT奇数の項を含む標準模型の最小限の拡張の確立。

提案手法

• ローレンツ対称性の自発的破れを仮定することで、ローレンツ対称性を破る量子場理論を構築する。
• 次元4およびそれ以上のオペレーターを通じて、標準模型の場と結合するバックグラウンド場として、一般化されたローレンツ対称性破れ係数を導入する。
• 標準模型のゲージ構造を保つことで、理論がパワー・カウンティング再正則化可能かつゲージ不変であることを保証する。
• 低エネルギー極限における有効理論を導出し、ローレンツ対称性を破る量子電磁力学（QED）の拡張を含む。
• 慣性系における共変性を維持するために、観測者側のローレンツ変換に対する理論の変換性を分析する。
• ペニングトラップにおける周波数シフトや水素／反水素のエネルギー準位シフトといった、多様な実験的文脈における観測可能な効果を、このフレームワークを用いて計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローレンツ対称性およびCPT対称性の破れを、再正則化可能性とゲージ不変性を保ちつつ、標準模型に一貫して組み込む方法は何か？
• RQ2 水素および反水素の高精度分光法におけるローレンツ対称性破れの測定可能なシグネチャーは何か？
• RQ3 ローレンツ対称性破れ係数は、中性メーソンの振動およびミューオン崩壊パラメータにどのように影響を与えるか？
• RQ4 クロック比較実験および宇宙論的バイレフレンス測定から導かれる制約は何か？
• RQ5 自発的破れを伴うローレンツ対称性が、複数のセクターにわたりテスト可能な予測を持つ有効場理論として成立可能か？

主な発見

• 理論はパワー・カウンティング再正則化可能であり、ローレンツ対称性破れの下でもエネルギー運動量保存を維持する。
• フレームワークにはCPT偶数およびCPT奇数の項が含まれており、ローレンツ対称性破れ効果の包括的解析が可能である。
• 有効理論として、一般化されたローレンツ対称性破れQEDの拡張が、完全なモデルの部分集合として導出された。
• 理論は、特に水素および反水素における原子エネルギー準位の測定可能なシフトを予測し、高精度分光法で検証可能である。
• クロック比較実験およびペニングトラップ測定は、特定のローレンツ対称性破れ係数に対して感受性が高く、強い制約を与える。
• 宇宙論的バイレフレンスおよびミューオンの性質の測定は、モデルの予測を検証するための追加のプローブを提供する。