[論文レビュー] Space, Time and Superluminal Particles

Luis Gonzalez‐Mestres|ArXiv.org|Feb 24, 1997

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 11被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、ローレンツ不変性が根本的ではなく、巨視的スケールで出現すると提案している。これにより、真空中の異なる臨界速度を持つ複数の物質セクター（例えば、超光速粒子を含む）が可能になる。時間変数が拡張する宇宙を表すスピンターのノルムに結びつけられたスピンター的時空モデルを用いて、宇宙背景放射（CMB）に関連する絶対的静止フレームの存在を示唆し、地上で検出可能な超光速粒子の速度が約10³cに近いことを予測。これは、標準相対性理論を超える実験的探索のための検証可能な枠組みを提供する。

ABSTRACT

If textbook Lorentz invariance is actually a property of the equations describing a sector of matter above some critical distance scale, several sectors of matter with different critical speeds in vacuum can coexist and an absolute rest frame (the vacuum rest frame, possibly related to the local rest frame of the expanding Universe) may exist without contradicting the apparent Lorentz invariance felt by "ordinary" particles (particles with critical speed in vacuum equal to c , the speed of light). The real geometry of space-time will then be different from standard Lorentz invariance, and the Poincare relativity principle will be a local (in space and time), approximate sectorial property. It seems natural to assume that particles with critical speed in vacuum different from c are superluminal. We illustrate such a scenario using as an example a spinorial space-time where the modulus of the spinor, associated to the time variable, is the size of an expanding Universe. Several properties of superluminal particles, and of matter without a universal relativity principle, are discussed in view of experimental applications. If the vacuum rest frame is close to that suggested by the cosmic microwave background, experimental searches for superluminal particles on earth should mainly contemplate a laboratory speed range around 10E3 c , even for very high energy superluminal cosmic rays. The detectability of several consequences of the new scenario is briefly discussed.

研究の動機と目的

• ローレンツ不変性が根本的ではなく、大スケールで出現することを検討し、真空中に異なる臨界速度を持つ複数の物質セクターを許容すること。
• 宇宙背景放射（CMB）に関連する可能性のある優先真空静止フレームが、超光速粒子の存在と検出可能性に与える影響を調査すること。
• 拡張する宇宙を表すスピンターのノルムに時間変数が結びつけられたスピンター的時空に基づく理論的枠組みを構築すること。
• 特に高エネルギー宇宙線および地上実験の文脈において、超光速粒子の検出可能性の実験的妥当性を評価すること。
• ポincare相対性原理の普遍性を疑問視し、それを普遍的法則ではなく、局所的・近似的・セクター的対称性として再解釈すること。

提案手法

• 時間変数がスピンター場のノルムによって定義されるスピンター的時空モデルを提案。スピンターの大きさは、拡張する宇宙のスケール因子を表す。
• 各物質セクターに「臨界速度」の概念を導入。標準模型粒子の臨界速度はcであるが、他のセクターではそれ以上である可能性がある。
• ローレンツ不変性が根本的ではなく、臨界距離スケールを超えて特定のセクター内でのみ成立すると仮定。これにより、亜光速、光速、超光速の物質が共存可能となる。
• 真空中の静止フレームが優先参照フレームとして特定され、CMB静止フレームと一致する可能性がある幾何的枠組みを用いる。
• 超光速粒子の運動論的制約を導出し、地上で検出可能な速度範囲が、優先フレームの影響を受けて約10³cに集中することを示す。
• モデルを応用して実験的シグネチャを予測。特に高エネルギー宇宙線および地上粒子検出の状況において有効である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローレンツ不変性が普遍的対称性ではなく、セクターに依存する出現的性質である可能性は存在するか？
• RQ2 真空中の臨界速度がcとは異なる物質セクターを導入した場合、運動論的および力学的影響は何か？
• RQ3 CMBに関連する可能性のある優先真空静止フレームが、地上での超光速粒子の検出可能性にどのように影響するか？
• RQ4 高エネルギー宇宙線や加速器実験における探索において、超光速粒子と標準粒子を区別する実験的シグネチャは何か？
• RQ5 時間変数がスピンターのノルムに結びつけられたスピンター的時空モデルが、時空構造および超光速粒子の振る舞いに与える影響は何か？

主な発見

• 本稿では、ローレンツ不変性が根本的ではなく、臨界距離スケールを超えて特定の物質セクター内でのみ成立すると提案。これにより、真空中に異なる臨界速度を持つ粒子が共存可能となる。
• ローレンツ不変性の観察と矛盾しない、優先真空静止フレームが存在する可能性があり、宇宙背景放射（CMB）の静止フレームと一致する可能性がある。
• 臨界速度がcを超える粒子は超光速粒子と特定され、地上実験における検出可能な実験的速度は、優先フレームの影響を受けて約10³cに集中すると予測される。
• スピンター的時空モデルは、時間変数がスピンター場のノルムから導かれる幾何的枠組みを提供。このノルムは、拡張する宇宙のスケール因子に従って変化する。
• ポincare相対性原理は、普遍的法則ではなく、局所的・近似的・セクター的対称性として再解釈される。
• モデルは、超光速粒子の実験的探索が、非常に高エネルギーの宇宙線に対しても、約10³cを中心とした狭い速度範囲に集中すべきであると示唆する。