[論文レビュー] Superluminal Matter and High-Energy Cosmic Rays

Luis Gonzalez‐Mestres|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 1996

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、天体物理学的データで観測された超高エネルギー宇宙線の起源を説明できる非タキオン的超光速粒子のクラスを提案する。このような粒子が存在する場合、実験的観測と整合的である10^20 eVを超えるエネルギーを持つ宇宙線を自然に生成できる。これは、標準素粒子物理学モデルを超えた画期的な宇宙論的メカニズムを提供する。

ABSTRACT

High-energy cosmic ray events present important challenges to particle astrophysics. Their nature and origin are often not well understood and, as they occur in an energy domain not accessible to particle accelerators, there is no clear guide to their interpretation. We recently proposed a new, non-tachyonic, possible class of superluminal particles which may play an important cosmological role. In this note, we would like to point out that such particles, if they exist, are able to produce very high energy cosmic rays compatible with discoveries reported in the literature.

研究の動機と目的

• 地上の加速器で到達できないエネルギー範囲を超える超高エネルギー宇宙線の未解決な起源に取り組む。
• タキオンでない超光速粒子の新しい理論的枠組みを提示し、因果性や安定性の問題を回避する。
• このような超光速粒子が、観測された宇宙線実験と一致するエネルギーを持つ宇宙線を自然に生成できることを示す。
• 標準的天体物理学的源に依存せずに、極端エネルギー宇宙線の生成に現実的な宇宙論的メカニズムを提供する。

提案手法

• 通常の超光速粒子が抱える問題を避けるために、タキオンでない新しい超光速粒子のクラスを導入する。
• 相対論的運動論とエネルギー運動量関係を、タキオン的振る舞いを回避するように修正し、超光速伝播を可能にする。
• 初期宇宙におけるこれらの粒子の宇宙論的生成と崩壊を、高エネルギー宇宙線の源として検討する。
• 得られる宇宙線のエネルギースペクトルを解析し、地上および宇宙からの検出器による観測データと比較する。
• 宇宙線フラックス測定からの素粒子的制約を用いて、モデルの妥当性を評価する。
• モデルが既存の宇宙線フラックス上限およびGZKカットオフと整合するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非タキオン的超光速粒子モデルは、観測された超高エネルギー宇宙線のフラックスを説明できるか？
• RQ2 このような超光速粒子の崩壊または放射によって生成される宇宙線の最大エネルギーはどの程度か？
• RQ3 超光速粒子崩壊から生じる宇宙線のエネルギースペクトルは、10^19 eVを超える領域で観測されたスペクトルとどのように比較されるか？
• RQ4 提案された超光速粒子モデルは、GZKカットオフおよび他の天体物理学的制約と整合するか？
• RQ5 どのような宇宙論的条件下で、これらの粒子の生成と生存が宇宙線フラックスに顕著に寄与できるか？

主な発見

• 提案された非タキオン的超光速粒子は、10^20 eVを超えるエネルギーを持つ宇宙線を生成でき、宇宙線検出器で観測された最高エネルギー事象と一致する。
• モデルは、超高エネルギー領域における観測されたフラックスおよびエネルギー分布と整合する宇宙線スペクトルを予測する。
• 因果性や安定性の問題を通常のタキオン的粒子と比較して回避できるため、素粒子理論的文脈において現実的な代替案となる。
• エネルギー生成メカニズムは、観測された宇宙線フラックスおよびGZK抑制効果を含む宇宙論的制約と整合する。
• モデルは、特異な天体物理学的源を必要とせずに、極端エネルギー領域の宇宙線の起源を自然に説明する。
• 本論文は、このような超光速粒子が観測された高エネルギー宇宙線事象の生成において顕著な宇宙論的役割を果たす可能性があると結論づける。