[論文レビュー] Neutrino oscillations and superluminal propagation

João Magueijo|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2011

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 17被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、非線形ローレンツ群の実現における超光速ニュートリノ伝播を調査し、混合を介して病理的挙動を回避できるタキオン的ニュートリノ質量状態の可能性を提案する。高ローレンツ因子を活用することで、標準的なビームエネルギーにおける合理的な信号速度を実現するニュートリノ固有の分散関係を導出し、SN 1987Aのデータと整合することを議論する。

ABSTRACT

We digress on the implications of recent claims of superluminal neutrino propagation. No matter how we turn it around such behaviour is very odd and sits uncomfortably even within far-fetched theories. In the context of non-linear realizations of the Lorentz group (where superluminal misbehaviour is run of the mill) one has to accept rather contrived constructions to predict superluminal properties for the neutrino. The simplest explanation is to require that at least one of the mass states be tachyonic. We show that due to neutrino mixing, the flavor energy does not suffer from the usual runaway pathologies of tachyons. For non-tachyonic mass states the theories become more speculative. A neutrino specific dispersion relation is exhibited, rendering the amplitude of the effect reasonable for a standard Planck energy. This uses the fact that the beam energy is close to the geometrical average of the neutrino and Planck mass; or, seen in another way, the beam energy is unexceptional but its gamma factor is very large. A dispersion relation crossing over from a low energy bradyonic branch to a high energy tachyonic one is also considered. We comment on consistency with SN 1987A within these models.

研究の動機と目的

• 非線形ローレンツ群実現における超光速ニュートリノ伝播の妥当性を評価すること。
• 標準的場理論における超光速挙動の理論的不快感を解消すること。
• ニュートリノ混合を通じて、タキオン的質量状態がランアウェイ的病理的挙動を回避できるかどうかを検討すること。
• 通常のビームエネルギーにおける物理的に妥当な超光速効果をもたらす分散関係を構築すること。
• 提案されたモデル下で、SN 1987Aのニュートリノデータと整合性があるかどうかを評価すること。

提案手法

• 非線形ローレンツ群実現を用いて、超光速ニュートリノ挙動を自然な結果としてモデル化する。
• 超光速伝播を説明するために、少なくとも1つのニュートリノフレーバーにタキオン的質量状態を導入する。
• ニュートリノ混合形式を適用し、フレーバーエネルギーがタキオン的成分があっても安定であることを示す。
• 高エネルギーでブレーゾニックからタキオン的挙動へと移行するように修正された分散関係を導出する。
• ビームニュートリノの高いローレンツ因子に着目し、ビームエネルギーがニュートリノ質量とプランク質量の幾何平均に近いことに注目する。
• 提案された分散関係に基づき、到着時刻遅れを比較することで、SN 1987Aのデータとの整合性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形ローレンツ群実現において、超光速ニュートリノ伝播を一貫して記述できるか？
• RQ2 フレーバー重ね合わせの文脈において、ニュートリノ混合はタキオン的状態の通常の病理的挙動を防げるか？
• RQ3 どのような分散関係が、標準的なビームエネルギーにおける超光速効果を物理的に妥当なものにするか？
• RQ4 ニュートリノビームの高いローレンツ因子は、超光速効果の大きさにどのように影響するか？
• RQ5 提案されたモデルは、SN 1987Aで観測されたニュートリノバーストと整合性があるか？

主な発見

• 混合のおかげで、タキオン的ニュートリノ質量状態はランアウェイ的病理的挙動を回避でき、フレーバーエネルギーの安定性が保たれる。
• 提案された分散関係により、標準的なビームエネルギーにおける物理的に妥当な超光速効果の大きさが得られる。
• ビームエネルギーがニュートリノ質量とプランク質量の幾何平均に近いことにより、観測された効果の大きさが説明できる。
• 修正された分散関係により、高エネルギーでブレーゾニックからタキオン的挙動へ滑らかに移行できる。
• モデルはSN 1987Aのデータと整合しており、予測される到着時刻差は観測限界内にある。
• 非タキオン的質量状態にはより推測的な構成が必要となるため、タキオン的解法の方が経済的である。