[論文レビュー] CPT- and Lorentz-symmetry breaking: a review

Ralf Lehnert|ArXiv.org|Nov 13, 2006

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、量子重力のプローブとしてのCPTおよびローレンツ対称性の破れを、低エネルギー有効場理論フレームワークとしての標準模型拡張（SME）を用いてレビューする。CPTの破れがローレンツの破れを含意することを示し、中性KおよびB中間子の干渉測定——特に高精度なテストを可能にする——により、SME係数に対する制約が10⁻²¹ GeVのレベルまで達している。

ABSTRACT

The breakdown of spacetime symmetries has recently been identified as a promising candidate signal for underlying physics, possibly arising through quantum-gravitational effects. This talk gives an overview over various aspects of CPT- and Lorentz-violation research. Particular emphasis is given to the interplay between CPT, Lorentz, and translation symmetry, mechanisms for CPT and Lorentz breaking, and the construction of a low-energy quantum-field description of such effect. This quantum field framework, called the SME, is employed to determine possible phenomenological consequences of CPT and Lorentz violation for neutral-meson interferometry.

研究の動機と目的

• 量子重力効果の兆候としてのCPTおよびローレンツ対称性の破れを調査すること。
• 有効量子場理論を用いたこれらの対称性のテストの理論的および現象論的フレームワークを確立すること。
• プランクスケールの物理を検出するための高精度実験的プローブ、特に中性中間子干渉測定を同定すること。
• SMEフレームワーク内でのCPTおよびローレンツ対称性の破れの観測可能な結果を導出し、方向およびエネルギー依存効果に焦点を当てる。
• KLOEおよびBaBarなどの既存および計画中の実験を用いてSME係数に対する制約を提示すること。

提案手法

• ローレンツおよびCPTの破れを扱うための、最も一般的なユニタリで局所的かつ相対論的な量子場理論フレームワークとしての標準模型拡張（SME）を用いる。
• SMEを適用してCPT奇およびCPT偶の係数を導出し、特に中性中間子系における\bar{\nu}-誘発的\theta_{\text{eff}}および\tilde{a}_{\text{eff}}パラメータに注目する。
• 中性K中間子の崩壊における前向き-後ろ向き非対称性をCPT奇の観測量として導出し、\mathcal{A}_{\text{FB}} \approx 2\text{Re}\,\epsilon_K - \text{Re}\,\xi_K(\vec{p},t)として表され、\Delta a_\muに敏感である。
• 自転周期に伴う崩壊率の変動をローレンツ対称性の破れの兆候として分析し、時間および運動量に区画を設けるデータ解析を要する。
• 非対称Bファクトリー（BaBar、Belle）が運動量依存非対称性を用いて、複数の独立したCPT破れ係数を測定する可能性を評価する。
• CPT破れがローレンツ対称性の破れを含意することを正当化するため、グリーンバーグの反CPT定理を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有効量子場理論において、CPT破れはどのようにローレンツ対称性の破れと関係しているか？
• RQ2 SMEフレームワーク内での中性中間子系におけるCPTおよびローレンツ対称性の破れの現象論的結果は何か？
• RQ3 K中間子およびB中間子系における高精度干渉測定は、CPT奇の観測量を通じてプランクスケール効果を検出可能か？
• RQ4 自転周期の変動や運動量依存非対称性といった実験的兆候は、SME係数を調べるのにどのように利用可能か？
• RQ5 時空依存スカラー、弦理論など、ローレンツ対称性の破れの異なるメカニズムは、中間子崩壊にどのように観測可能な効果をもたらすか？

主な発見

• ユニタリで局所的かつ相対論的な場理論において、CPT破れはグリーンバーグの反CPT定理によりローレンツ破れを含意することが確認された。
• K_L \to l^+ \pi^- \nu崩壊における前向き-後ろ向き非対称性は、\Delta a_\muの直接的プローブであり、KLOEからの予備的制約として10^{-17} GeVが得られている。
• BaBar実験データは、B_d中間子の\Delta a^\mu係数の組み合わせを10^{-13} GeVのレベルで制約している。
• BaBarデータにおける自転周期の変動に関する2.2\sigmaの信号は、ローレンツ対称性の破れの兆候を示唆し、さらなる探索を促進する。
• KLOEおよび計画中のKLOE-II実験は、中間子系におけるCPT奇係数に特異な感度を示し、他の方法では到達できないSMEパラメータを探索可能である。
• SME係数に対する観測的制約は、中間子系および実験装置の設定に応じて10^{-13} GeVから10^{-21} GeVの範囲にわたる。