[논문 리뷰] Lorentz Symmetry Violation and Superluminal Particles at Future Colliders

Luis Gonzalez‐Mestres|ArXiv.org|1997. 08. 25.

Noncommutative and Quantum Gravity Theories인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 진공에서의 로렌츠 대칭 위반을 통해 빛의 속도를 초월하는 임계 속도를 가진 물질 부문에서 초광속 입자가 존재할 수 있으며, 일반 입자들에 대해 관측 가능한 로렌츠 불변성은 유지된다고 제안한다. 이러한 물리학은 향후 LHC와 같은 충돌기에서 검출 가능한 서명을 통해 나타날 수 있으며, 저에너지 실험에서는 감지되지 않을 수 있다.

ABSTRACT

If textbook Lorentz invariance is actually a property of the equations describing a sector of the excitations of vacuum 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) 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). Sectorial Lorentz invariance, reflected by the fact that all particles of a given dynamical sector have the same critical speed in vacuum, will then be an expression of a fundamental sectorial symmetry (e.g. preonic grand unification or extended supersymmetry) protecting a parameter of the equations of motion. Furthermore, the sectorial Lorentz symmetry may be only a low-energy limit, in the same way as the relation $ω$ (frequency) = $c_s$ (speed of sound) $k$ (wave vector) holds for low-energy phonons in a crystal. In this context, phenomena such as the absence of Greisen-Zatsepin-Kuzmin cutoff and the stability of unstable particles at very high energy are basic properties of a wide class of noncausal models where local Lorentz invariance is broken introducing a fundamental length. Observable phenomena from Lorentz symmetry violation and superluminal sectors of matter are expected at very short wavelength scales, even if Lorentz symmetry violation remains invisible to standard low-energy tests. We discuss signatures of this new physics at LHC and at other possible future colliders.

연구 동기 및 목표

• 진공 내에서의 로렌츠 대칭 위반의 영향을 조사하며, 서로 다른 임계 속도를 가진 여러 역학 부문이 공존하는 상황에서의 특성에 초점을 맞춘다.
• 각 부문이 자체의 불변 속도를 가지는 '부문별 로렌츠 불변성'이 프리온 대통합 또는 확장된 초대칭과 같은 더 깊은 대칭으로부터 어떻게 유도될 수 있는지 탐구한다.
• 국소적 로렌츠 불변성이 오직 저에너지 효과적 대칭일 수 있으며, 고체 내 음파 분산과 유사하다는 가정을 한다.
• LHC와 같은 고에너지 충돌기에서 초광속 입자와 로렌츠 위반의 관측 가능 서명을 식별한다.
• 비인과적, 로렌츠 위반 프레임워크 내에서의 이질적 현상들—예를 들어, 그리센-자츠핀-쿠즈민 절단의 부재와 고에너지에서 불안정한 입자의 안정성—을 다룬다.

제안 방법

• 진공의 진동이 서로 다른 임계 속도를 가진 여러 역학 부문을 지닌 모델을 제안하며, 그 중 하나는 빛의 속도를 초월한다.
• 관측된 일반 입자들에 대한 로렌츠 불변성과 모순되지 않는 기본적인 절대 정지 기준 프레임(진공 정지 기준 프레임)의 개념을 도입한다.
• 부문별 로렌츠 불변성을 저에너지에서의 임의의 대칭으로 모델링하며, 고체계에서의 선형 분산 관계 ω = c_s k와 유사하다.
• 기본 길이 척도를 가진 효과적 장 이론의 프레임워크를 사용하여 로렌츠 위반을 기술하며, 이는 짧은 파장에서 비인과적 행동을 유도한다.
• 초광속 입자의 현상학을 분석하며, 수정된 운동학과 붕괴 비율을 고려하여 충돌기 서명을 유도한다.
• 이러한 아이디어를 적용하여 고에너지 충돌기에서의 관측 가능한 효과를 예측하며, 입자 생성 및 붕괴 과정에서 표준 모델 예측과의 편차에 초점을 맞춘다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로렌츠 대칭 위반이 저에너지 관측과 모순되지 않으면서도 초광속 입자를 허용할 수 있는가?
• RQ2 다른 물질 부문이 진공에서 서로 다른 임계 속도를 가지는 '부문별 로렌츠 불변성'의 의미는 무엇인가?
• RQ3 기본 길이 척도를 가진 비인과적, 로렌츠 위반 모델에서 그리센-자츠핀-쿠즈민 절단의 부재는 어떻게 설명될 수 있는가?
• RQ4 향후 충돌기, 예를 들어 LHC에서 초광속 입자가 유도하는 검출 가능한 서명은 무엇인가?
• RQ5 프리온 대통합과 같은 더 기본적인 이론의 저에너지 근사에서 부문별 로렌츠 불변성이 어떻게 유도될 수 있는가?

주요 결과

• 로렌츠 대칭 위반은 각각의 임계 속도를 가진 여러 역학 부문이 진공 내에 존재할 수 있도록 허용하며, 그 중 하나는 빛의 속도를 초월할 수 있다.
• 기본적인 절대 정지 기준 프레임(진공 정지 기준 프레임)의 존재는 일반 입자들에 대한 관측 가능한 로렌츠 불변성과 호환된다.
• 부문별 로렌츠 불변성은 전체 로렌츠 불변성이 깨져도 저에너지에서 효과적 대칭으로 나타날 수 있으며, 결정 내 음파 분산과 유사하다.
• 그리센-자츠핀-쿠즈민 절단의 부재와 고에너지에서 불안정한 입자의 안정성과 같은 현상은 이러한 비인과적, 로렌츠 위반 프레임워크의 자연스러운 결과이다.
• 초광속 입자와 로렌츠 위반의 관측 가능한 서명은 저에너지 실험에서는 감지되지 않더라도 매우 짧은 파장 척도에서 기대할 수 있다.
• 향후 충돌기, 예를 들어 LHC는 고에너지 입자 생성 및 붕괴 과정에서의 편차를 통해 이러한 효과에 대한 첫 실험적 접근을 제공할 수 있다.