[論文レビュー] Lorentz Invariance and Superluminal Particles

Luis Gonzalez‐Mestres|ArXiv.org|Mar 12, 1997

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、ローレンツ不変性が、それぞれに固有の真空中臨界速度を有する特定の物質系に限定して成立する発生的対称性である可能性を提案している。これは、観測されたローレンツ不変性に反しない範囲で超光速粒子が存在することを可能にする。セクターごとのローレンツ不変性は、グランドユニフィケーションまたは拡張スピン統一理論によって保護され、通常の（c速度）と超光速セクターとの間の混合を許容する。現在の低エネルギーにおけるローレンツ不変性破れの制約は、宇宙線や加速器における高エネルギー超光速現象やその検出可能性を排除しない。

ABSTRACT

If textbook Lorentz invariance is actually a property of the equations describing a sector of matter 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, possibly related to the local rest frame of the expanding Universe) 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. We study the breaking of Lorentz invariance in such a scenario, with emphasis on mixing between the "ordinary" sector and a superluminal sector, and discuss with examples the consequences of existing data. The sectorial universality of the value of the high-energy speed in vacuum, even exact, does not necessarily imply that Lorentz invariance is not violated and does not by itself exclude the possibility to produce superluminal particles at accelerators or to find them in experiments devoted to high-energy cosmic rays. Similarly, the stringent experimental bounds on Lorentz symmetry violation at low energy cannot be extrapolated to high-energy phenomena. Several basic questions related to possible effects of Lorentz symmetry violation are discussed, and potential signatures are examined.

研究の動機と目的

• ローレンツ不変性が根本的ではなく、それぞれに固有の真空中臨界速度を有する特定の物質セクター内でのみ発生する可能性を調査すること。
• 超光速粒子が通常の物質と矛盾せずに共存できるか、現在のローレンツ不変性破れの実験的制約に反しないかを検討すること。
• 既存のデータが超光速粒子の存在、または高エネルギー実験における生成を制限するかどうかを評価すること。
• 高エネルギー力学における真空中速度の普遍性に及ぼすセクター対称性（例えば、プリオン的グランドユニフィケーションや拡張スピン統一理論）の影響を検討すること。
• なぜ低エネルギーにおけるローレンツ不変性の制約が、超光速セクターを含む高エネルギー現象にまで外挿できないのかを明確にすること。

提案手法

• ローレンツ不変性が、特定の物質セクターを記述する方程式の性質であるが、普遍的対称性ではないという枠組みを提唱する。
• 宇宙の局所的膨張に関連する「真空中静止系」を、セクター対称性の背後に位置する優先的参照系として導入する。
• 有効場理論的手法を用いて、「通常の」セクター（c速度粒子）と超光速セクター（臨界速度 > c の粒子）との間の混合を分析する。
• 高エネルギーにおける真空中速度のセクター普遍性を、根本的なローレンツ不変性が破れている場合でも、対称性保護機構として用いる。
• 既存のローレンツ不変性破れに関する実験的制約を用いて、可能な超光速粒子の結合定数や生成率を制限する。
• このセクターベースのモデル下で、高エネルギー宇宙線実験や加速器実験における観測的シグナルを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低エネルギー実験で観測されるローレンツ不変性と矛盾しない自然における超光速粒子の存在は可能か？
• RQ2 プリオン的グランドユニフィケーションや拡張スピン統一理論などのセクター対称性が、高エネルギー力学における真空中速度の普遍性に及ぼす影響は何か？
• RQ3 根本的にローレンツ不変性が破れている状況下でも、なぜ通常の物質セクターでは不変性の外見が保たれるのか？
• RQ4 なぜ厳密な低エネルギーにおけるローレンツ不変性破れの制約が、高エネルギーにおける超光速現象を排除しないのか？
• RQ5 宇宙線や加速器実験において、超光速セクターと標準模型物理学を区別する観測的シグナルは何か？

主な発見

• ローレンツ不変性が根本的に破れている場合でも、各セクターが真空中に普遍的な臨界速度を持つ限り、物質セクター内では有効な対称性として成立する。
• 「通常の」セクター（c速度粒子）のみが低エネルギーで観測される限り、優先的真空中静止系の存在は観測されたローレンツ不変性と矛盾しない。
• 高エネルギーにおける真空中速度のセクター普遍性は、根本的なローレンツ不変性を意味するわけではなく、超光速粒子の存在を排除するものでもない。
• 既存の低エネルギーにおけるローレンツ不変性破れの制約は、高エネルギー現象に外挿できないため、超光速粒子の生成や検出の余地が残る。
• 通常セクターと超光速セクターとの混合は、低エネルギーでは抑制されるが、高エネルギー宇宙線実験や加速器実験で観測可能な効果を引き起こす可能性がある。
• プリオン的グランドユニフィケーションや拡張スピン統一理論を含む理論的モデルは、超光速ダイナミクスを許容しつつ、セクターごとのローレンツ不変性を自然に保護できる。