[論文レビュー] Preon models, relativity, quantum mechanics and cosmology (I)

Luis Gonzalez‐Mestres|ArXiv.org|Aug 27, 2009

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 49被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、標準模型粒子の構成粒子であるプリオン（preons）が光より速く移動し、修正された時空構造を経験するという超光速粒子仮説（superbradyon hypothesis）を提示し、基礎物理学を再表現する枠組みを提案する。この仮説により、ローレンツ対称性の破れやプランクスケール物理学におけるエネルギー運動量保存則や量子力学の普遍性の挑戦を伴いながら、超光速粒子時代から通常物質への遷移を通じて、暗黒物質、暗黒エネルギー、および宇宙のインフレーションを説明可能であると示唆する。

ABSTRACT

Preons are hypothetic constituents of the standard particles. They were initially assumed to have basically similar properties to those of conventional matter. But this is not necessarily the case: the ultimate constituents of matter may feel a different space-time from that of special relativity and exhibit mechanical properties different from those predicted by standard quantum mechanics. They can also play an important cosmological role (inflation, dark matter, dark energy...). It is even not obvious that energy and momentum would have to be conserved in such a scenario. In this series of papers, we review the subject using the superbradyon model as an example, and suggest new ways to explore possible tests of the preon hypothesis.

研究の動機と目的

• 特殊相対性理論および標準量子力学が予測する性質とは根本的に異なる性質を有するプリオンが、標準模型粒子の架空の構成要素として存在しうるかを調査すること。
• 光速を大きく上回る速度で移動する粒子（$c_s \gg c$）が支配する仮説的な超光速粒子時代の宇宙論的影響を調査すること。
• プランクスケール物理学において、ローレンツ不変性、エネルギー運動量保存則などの基本的対称性および保存則の普遍性を、プリオン力学に基づく新しい物理枠組みによって挑戦すること。
• 通常の粒子が、超光速粒子が凝縮した真空における低エネルギー励起（固体中のフォノンに類似）として出現する可能性を提示し、重力およびゲージ相互作用の新たな見方を提供すること。
• 超高エネルギー宇宙線および異常な電子/陽電子フラックスといった、実験的に検証可能な効果的兆候（例：PAMELA、ATIC、Fermi LAT、HESS）を提示し、超光速粒子の残渣としての証拠を示唆すること。

提案手法

• プリオンが臨界速度 $c_s \gg c$ を持つ超光速粒子モデルを理論的枠組みとして採用し、新たな基本長 $a$ を持つ修正されたローレンツ型対称性を導く。
• 超光速粒子の力学を記述するため、変形相対論的運動論（DRK）を導入し、重力の有効アインシュタイン＝ヒルベルト作用素に高次微分項を生じさせる。
• チェレンコフ放射に類似した過程と束縛状態の形成を通じて、超光速粒子状態から通常物質への遷移をモデル化し、圧力および有効エネルギー密度を生成する。
• 物理的真空が超光速粒子の凝縮によって生じ、通常の粒子がこの媒体内での集団励起（例：フォノンやソリトン）として振る舞うと提案する。
• フィッシュネット図の技法とトポロジー的展開を用い、超光速粒子の力学と通常粒子のストリング的有効理論を結びつける。
• 超光速粒子フレームワークにおける真空自由度の結果として、局所ゲージ対称性および相互作用がどのように出現するかを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プリオンが臨界速度 $c_s \gg c$ を持つことで、プランクスケールでローレンツ対称性を破る新しい時空構造が生じるか？
• RQ2 超光速粒子時代から通常物質への遷移が、スカラーインフレートン場を必要とせずに、宇宙のインフレーション効果をどのように説明できるか？
• RQ3 超光速粒子の残渣およびその真空凝縮によって、観測された暗黒物質および暗黒エネルギーをどの程度説明できるか？
• RQ4 通常の粒子が複合粒子であり、より深いプリオンレベルの力学から生じる場合、エネルギーおよび運動量保存則にどのような影響が生じるか？
• RQ5 超光速粒子に起因する効果が、PAMELA、ATIC、Fermi LAT、HESS からの異常を含む観測された宇宙線スペクトルを再現できるか？

主な発見

• 超光速粒子仮説は、基本長 $a$ を持つ変形相対論的運動論（DRK）構造を導き、高次微分項を介して有効アインシュタイン＝ヒルベルト作用素を修正する。
• 超光速粒子物質から通常物質への遷移は、急激な圧力上昇を引き起こし、スカラーインフレートン場を必要とせずに宇宙インフレーション効果を模倣する。
• 真空における超光速粒子の凝縮は、固体中の音速に類似した特権的慣性系（VRF）を自然に生成する。これは、観測されたローレンツ対称性破れ（LSV）を動的かつ自然に説明する。
• 超高エネルギー宇宙線や異常な電子/陽電子フラックス（例：PAMELA、ATIC、Fermi LAT）といった効果的兆候が、超光速粒子の残渣によるチェレンコフ放射から生じる。
• このモデルは、通常の粒子が超光速粒子真空における低エネルギー励起として出現し得ることを示唆しており、ゲージ相互作用および重力がこの下位媒体の局所自由度から生じる。
• 超光速粒子フレームワークから導かれる修正重力理論は、混沌としたインフレーションのダイナミクスを再現可能であり、非局所的または高次微分的重力がプリオンスケール物理学の自然な結果である可能性を示唆する。