[论文解读] If LHC is a Mini-Time-Machines Factory, Can We Notice?

А. Миронов, А. Морозов+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2007

Cosmology and Gravitation Theories被引用 7

一句话总结

本文研究在大型强子对撞机（LHC）的TeV尺度引力条件下，假设存在的微型时间机器（MTM）是否可能因快速蒸发而留下可探测的痕迹。文章探讨了五种潜在可观测效应——能量谱畸变、异常高能粒子、衰变速率加快、非定域量子效应以及粒子复制增多——且不引发特定的CP破坏。

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.

研究动机与目标

• 评估在TeV尺度引力条件下，若在LHC中产生微型时间机器（MTM），其是否可能在碰撞数据中留下可观测痕迹。
• 识别尽管MTM寿命极短且迅速蒸发，其存在可能产生的潜在实验信号。
• 分析MTM中闭合类时曲线引发的量子与运动学效应，包括非定域相互作用和时间膨胀效应。
• 评估MTM是否可能引致标准模型预测的可探测偏离，如异常高能粒子或加速衰变。
• 确定MTM效应是否会导致CPT或幺正性破坏，或因多条世界线副本导致的集体粒子行为。

提出的方法

• 分析MTM的频率滤波特性，以评估其对出射粒子能量谱的影响。
• 通过建模粒子在MTM内部反复穿越引力场的过程，研究其导致异常高能粒子发射的可能性。
• 评估在MTM内部，固有时远超实验室时间所引起的时间膨胀效应，从而加速粒子衰变。
• 研究MTM中闭合类时曲线引发的有效非定域相互作用，其可能导致CPT和幺正性破坏。
• 研究MTM内单一粒子沿闭合世界线产生多个副本所引发的集体效应。
• 评估MTM内部的粒子-反粒子转换是否会导致CP破坏信号，并得出其不会产生此类信号的结论。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC中产生的微型时间机器是否可能因快速蒸发而在高能碰撞数据中留下可探测痕迹？
• RQ2 MTM的频率滤波特性如何扭曲出射粒子的能量谱？
• RQ3 MTM引力场的反复穿越是否可能产生异常高能粒子？
• RQ4 MTM中闭合类时曲线因延长固有时，对粒子衰变速率的加速作用有多大？
• RQ5 MTM引发的非定域相互作用是否会在粒子相互作用中导致可观测的CPT或幺正性破坏？

主要发现

• 由于MTM的频率滤波特性，其可能扭曲出射粒子的能量谱，从而在标准模型预期之外产生可测量的偏离。
• 多次穿越MTM内部引力场的粒子可能获得显著能量，导致异常高能粒子的产生。
• MTM内部粒子经历的固有时可能远超实验室时间，从而导致可探测的衰变速率加快。
• MTM中闭合类时曲线引发的有效非定域相互作用可能引起CPT和幺正性破坏，但这些效应仍属推测性且依赖具体模型。
• MTM中单一粒子沿闭合世界线存在多个副本所引发的集体效应，可能导致可观测的量子统计异常。
• 尽管MTM内部存在粒子-反粒子转换，但由于该过程的对称性特性，不会产生特定的CP破坏效应。