[논문 리뷰] If LHC is a Mini-Time-Machines Factory, Can We Notice?

А. Миронов, А. Морозов외 1명|arXiv (Cornell University)|2007. 10. 17.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 테바 스케일 중력 하에 예측되는 가상의 미니 타임머신(MTM)이 빠른 증발에도 불구하고 검출 가능한 서명을 남길 수 있는지 조사한다. 빠른 증발에도 불구하고 검출 가능한 서명을 남길 수 있는지 조사한다. 에너지 스펙트럼 왜곡, 비정상적으로 높은 에너지를 가진 입자, 가속된 붕괴, 비국소 양자 효과, 입자 복제 증식 등의 다섯 가지 잠재적 관측 가능 효과를 탐색하지만, 특정한 CP 위반을 유도하지는 않는다.

ABSTRACT

Assuming the hypothesis of TeV-scale multi-dimensional gravity, one can imagine that at LHC not only mini-black-holes (MBH) will be intensively created, but also other exotic gravitational configurations, including hypothetical mini-time-machines (MTM). Like MBH, they should quickly evaporate, but one can wonder if their temporal existence at the moment of high-energy collision can leave any traces in the observable data. We briefly discuss five thinkable effects: (i) change of the energy spectrum due to the frequency-filtration property of MTM, (ii) possible production of anomalously energetic particles, accelerated by passing many times through gravitational field inside the MTM, (iii) acceleration of particle decays, since the proper time of a particle moving inside MTM can strongly exceed the laboratory time, (iv) CPT and naive unitarity violation (thermalization) due to effective non-local interactions caused by MTM and to possible ambiguity in the population of closed world-lines inside MTM, (v) collective effects due to conversion of a single particle into a bunch of its co-existing copies within the MTM. Despite possible particle-antiparticle conversion inside MTM, they do not seem to produce any specific CP-violation effects.

연구 동기 및 목표

• TeV 스케일 중력 하에서 LHC에서 생성된 미니 타임머신(MTM)이 충돌 데이터에 관측 가능한 흔적을 남길 수 있는지 평가하기.
• 짧은 수명과 빠른 증발에도 불구하고 MTM 존재의 잠재적 실험적 서명을 식별하기.
• MTM 내부의 닫힌 시계열 곡선에서 발생하는 양자 및 운동학적 효과를 분석하기, 비국소 상호작용과 시간 지연 효과 포함.
• MTM가 표준모형 예측에서의 검출 가능한 이심을 유도할 수 있는지 평가하기, 예를 들어 비정상적으로 높은 에너지를 가진 입자 또는 가속된 붕괴 등.
• MTM 효과가 CPT 또는 유니타리성 위반을 일으키거나, 여러 세계선 복사본으로 인한 집단적 입자 행동을 유도할 수 있는지 결정하기.

제안 방법

• MTM의 주파수 필터링 성질을 분석하여 도출된 입자의 에너지 스펙트럼에 미치는 영향 평가.
• MTM 내부의 중력장에서 반복적으로 통과하는 입자를 모델링하여 비정상적으로 높은 에너지를 가진 입자가 방출될 가능성을 분석.
• MTM 내부에서의 고유 시간이 실험실 시간보다 크게 초과되어 입자 붕괴가 가속되는 시간 지연 효과 평가.
• 닫힌 시계열 곡선에 의해 유도되는 효과적인 비국소 상호작용을 연구하며, 이는 CPT 및 유니타리성 위반을 초래할 수 있음.
• MTM 내부의 닫힌 세계선을 따라 단일 입자의 여러 복제본이 존재함에 따라 발생하는 집단적 효과를 조사.
• MTM 내부에서 입자-반입자 전환이 발생할 경우 CP 위반 신호가 유도되는지 평가하며, 그 결과는 그렇지 않음을 결론짓는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TeV 스케일 중력 하에서 LHC에서 생성된 미니 타임머신이 빠른 증발에도 불구하고 고에너지 충돌 데이터에서 검출 가능한 서명을 남길 수 있는가?
• RQ2 MTM의 주파수 필터링 성질이 방출된 입자의 에너지 스펙트럼에 어떻게 왜곡을 초래할 수 있는가?
• RQ3 MTM의 중력장에서 반복적으로 통과하는 것이 비정상적으로 높은 에너지를 가진 입자를 생성할 수 있는가?
• RQ4 MTM 내부의 닫힌 시계열 곡선이 고유 시간을 크게 연장함으로써 입자 붕괴를 어느 정도 가속시키는가?
• RQ5 MTM에 의해 유도된 비국소 상호작용이 입자 상호작용에서 관측 가능한 CPT 또는 유니타리성 위반을 초래하는가?

주요 결과

• MTM의 주파수 필터링 성질로 인해 도출된 입자의 에너지 스펙트럼이 왜곡될 수 있으며, 이는 표준모형 기대치와의 측정 가능한 이격을 유도할 수 있다.
• MTM 내부의 중력장에 여러 번 통과하는 입자는 상당한 에너지를 획득할 수 있으며, 이는 비정상적으로 높은 에너지를 가진 입자의 생성을 초래할 수 있다.
• MTM 내부에서 입자가 경험하는 고유 시간은 실험실 시간보다 크게 초과될 수 있으며, 이는 검출 가능한 정도로 가속된 붕괴율을 초래할 수 있다.
• MTM 내부의 닫힌 시계열 곡선에 의해 발생하는 효과적인 비국소 상호작용은 CPT 및 유니타리성 위반을 유도할 수 있으나, 이러한 효과는 여전히 추측적이며 모델에 따라 달라진다.
• MTM 내부의 닫힌 세계선을 따라 단일 입자의 여러 복제본이 존재함에 따라 발생하는 집단적 효과는 관측 가능한 양자 통계 이상 현상을 유도할 수 있다.
• 입자-반입자 전환이 MTM 내부에서 발생하더라도, 그 과정의 대칭성 특성으로 인해 특정한 CP 위반 효과는 기대되지 않는다.