[論文レビュー] Vacuum Cherenkov radiation for Lorentz-violating fermions

M. Schreck|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2017

Noncommutative and Quantum Gravity Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、最小標準模型拡張（SME）におけるローレンツ対称性の破れを示すフェルミオンからの真空中チェレンコフ放射を調査し、スピン保存およびスピン反転過程の崩壊率を導出する。$ ilde{c}$, $ ilde{d}$, $ ilde{e}$, $ ilde{g}$ の係数に対して閾値依存の放射が特定され、$ ilde{b}$ の場合、ヘリシティの崩壊が抑制される。宇宙線データを用いて、上クォークの係数を約 $10^{-23}$ から $10^{-12}$ のレベルで制約する。

ABSTRACT

The current paper summarizes the content of a talk given on vacuum Cherenkov radiation emitted by Lorentz-violating fermions that are described in the context of the Standard-Model Extension. The decay rate will be obtained for various sets of controlling coefficients that will subsequently be constrained using cosmic-ray data.

研究の動機と目的

• ローレンツ対称性の破れを示すフェルミオンにおけるエネルギー損失のメカニズムとしての真空中チェレンコフ放射を調査すること。
• ローレンツ対称性の破れ係数が存在する状況下で、スピン保存およびスピン反転（ヘリシティ崩壊）過程の崩壊率を導出すること。
• 観測された超高エネルギー宇宙線を用いて、フェルミオン系におけるローレンツ対称性の破れ係数を制約すること。
• 真空中チェレンコフ放射が、量子場理論におけるローレンツ対称性の破れを検出するための現象論的妥当性を評価すること。

提案手法

• ディラックラグランジアンにおける次元の数が正のローレンツ対称性の破れ項を用いて、最小SMEのフェルミオン系を定式化する。
• さまざまな制御係数（$\tilde{c}$, $\tilde{d}$, $\tilde{b}$ など）に対する修正された分散関係および質量殻を分析し、光子放出の運動論的妥当性を決定する。
• エネルギー運動量保存則を適用して、スピン保存およびスピン反転過程の両方の崩壊率を計算する。
• 異なる係数間での崩壊率を比較し、閾値行動を特定するために、二重対数プロットを用いる。
• ピエール・オーガー観測所で観測された212 EeVの宇宙線イベントを用いて制約を適用する。
• 上クォークの係数に対する境界を導出するために、クォークレベルのエネルギー分率（r = 0.1）および核子数（N = 56）を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローレンツ対称性の破れを示すフェルミオンが、光子放出を通じて真空中チェレンコフ放射を発生させることができる条件は何か？
• RQ2 SME係数が存在する状況下で、スピン保存およびスピン反転過程の崩壊率にはどのような違いがあるか？
• RQ3 真空中チェレンコフ放射の運動論的閾値は何か？また、それらは制御係数にどのように依存するか？
• RQ4 超高エネルギー宇宙線の観測をどのようにして、フェルミオン系におけるローレンツ対称性の破れ係数を制約するか？
• RQ5 真空中チェレンコフ放射の現象論的意味は、高エネルギー宇宙線の検出にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 次元の数が正の係数 $a$, $b$, および $H$ の場合、エネルギー保存則により真空中チェレンコフ放射は禁止されるが、$\tilde{c}$, $\tilde{d}$, $\tilde{e}$, $\tilde{g}$ の場合、許可される。
• スピン保存過程では、閾値運動量が $m_\psi / \sqrt{|\tilde{c}|}$ に比例し、放射が発生するためには $\tilde{c} < 0$ が必要である。
• $\tilde{d}$, $\tilde{e}$, および $\tilde{g}$ の場合、二つの異なる分散枝があるため、正負の係数符号が両方許可される。
• ヘリシティ崩壊（スピン反転）は、ローレンツ対称性の破れのさらなるべき乗によって抑制され、高運動量領域では最大率に達した後、減少する。
• 212 EeVの宇宙線イベントを用いて、$\tilde{c}^u - (3/8)(\tilde{f}^u)^2 > -3 \times 10^{-23}$, $|\tilde{d}^u| < 3 \times 10^{-23}$, および $|\tilde{e}^u|, |\tilde{g}^u| < 9 \times 10^{-12}$ を制約する。
• $\tilde{c}^u$ の制約は片側であるが、これは過程が発生するためには $\tilde{c}$ が負である必要があることによる。