[論文レビュー] Neutrino time travel

James B. Dent, Heinrich Päs+2 more|ArXiv.org|Oct 12, 2007

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、6次元のブレインワールドモデルにおける2つの非対称に歪んだ余剰次元を通過する不活性ニュートリノが、バルクのショートカットを通じて有効な超光速旅行を可能にし、閉じた時的曲線（CTCs）を形成する可能性を提案している。このモデルはブレイン上での光速度、弱い、および支配的エネルギー条件を保持しており、CTCsが主要なエネルギー条件に反しない形で実現可能である。また、ニュートリノの振動実験がホーキングの歴史的保護予想を検証する手がかりを与える可能性を示唆している。

ABSTRACT

We discuss causality properties of extra-dimensional theories allowing for effectively superluminal bulk shortcuts. Such shortcuts for sterile neutrinos have been discussed as a solution to the puzzling LSND and MiniBooNE neutrino oscillation results. We focus here on the sub-category of asymmetrically warped brane spacetimes and argue that scenarios with two extra dimensions may allow for timelike curves which can be closed via paths in the extra-dimensional bulk. In principle sterile neutrinos propagating in the extra dimension may be manipulated in a way to test the chronology protection conjecture experimentally.

研究の動機と目的

• 非対称な歪みを有する余剰次元時空における因果律の性質を、閉じた時的曲線（CTCs）の存在を許容する条件について探求すること。
• LSNDおよびMiniBooNEのニュートリノ振動異常を、余剰次元内を伝播する不活性ニュートリノによって自然に説明できることを検討すること。
• このような時空がブレイン上でのエネルギー条件の破壊を回避できるかどうかを調査し、CTCsの物理的妥当性を高めること。
• ニュートリノの振動とバルクショートカットを用いた実験的検証手法を通じて、歴史的保護予想の実現可能性を提案すること。

提案手法

• 各次元（uおよびv）に対してローレンツブーストフレームを用い、2つの非対称に歪んだ余剰次元を有する6次元計量を構築する。
• 2つの歪みを有する5次元計量から全計量（式2）を導出し、u=0およびv=0で4次元ミンコフスキー時空に還元されることを保証する。
• 特定の歪み関数 α(u) = 1/(u² + c²) および η(v) = 1/(v⁴ + c²) を用いた数値解析により、ブレイン上でのエネルギー条件を評価する。
• v=0スライスにおけるアインシュタインテンソル成分を分析し、バルク内でのエネルギー条件の破壊とブレイン上での保存則の両者を評価する。
• ニュートリノ時空機器プロトコルを提唱：地球の内部でMSW効果を介し、活性ニュートリノを不活性ニュートリノに変換し、バルクショートカットを経由させ、赤道付近の検出器で再変換する。
• 地球の自転を活用して信号の順序を逆転させ、余剰次元幾何学におけるCTCsを通じて、過去への疑似時間旅行を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6次元のブレインワールドモデルにおける非対称な歪みを有する余剰次元は、ブレイン上でのエネルギー条件の破壊を伴わずに閉じた時的曲線（CTCs）を支持できるか？
• RQ2 LSNDおよびMiniBooNEのニュートリノ振動異常は、余剰次元内を伝播する不活性ニュートリノによって自然に説明可能か？
• RQ3 ニュートリノの振動は、物理的に妥当な時空において、歴史的保護予想の検証のためのプローブとして機能可能か？
• RQ4 このようなCTCsを支持する幾何学において、バルクおよびブレイン上でのエネルギー条件の要件は何か？
• RQ5 ニュートリノビームと地球の物質構造を用いた、CTCsの検出または制約が可能な実験的セットアップは存在するか？

主な発見

• モデルはu次元におけるバルクショートカットとv次元における帰路を通じて、時空内でループを形成する経路により閉じた時的曲線（CTCs）を支持している。
• 光速度、弱い、および支配的エネルギー条件は、ブレイン（u=0, v=0）上では保持されており、バルク内での破壊とは対照的に、物理的妥当性を高めている。
• 選択された例では強いエネルギー条件がブレイン上ですでに破壊されているが、他のエネルギー条件の保持により、モデルの有効性は損なわれない。
• v=0スライスにおけるアインシュタインテンソル成分の分析から、エネルギー条件がブレイン上では保存されており、時空幾何の安定性を支持している。
• 不活性ニュートリノは地球内部のMSW効果により生成され、余剰次元のショートカットを経由して移動し、赤道の検出器で受信可能であり、CTCsのおかげで発生より前に到着する可能性がある。
• この状況は、ホーキングの歴史的保護予想を検証するための実験的フレームワークを提供しており、ニュートリノ実験が実際にこのような時間旅行的シグナルを検出または制約可能である可能性を示唆している。