[論文レビュー] Lorentz Symmetry Violation and Superluminal Particles at Future Colliders

Luis Gonzalez‐Mestres|ArXiv.org|Aug 25, 1997

Noncommutative and Quantum Gravity Theories被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、光速を超える臨界速度を持つ物質のセクターにおいて、ローレンツ対称性の破れが超光速粒子の存在を許容しうることを提案している。これは通常の粒子に対しては見かけ上のローレンツ不変性を保つ。このような物理学的状況は、将来の加速器（例：LHC）においては検出可能なシグネチャーとして現れる可能性があるが、低エネルギー実験では検出不能である。

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.

研究の動機と目的

• 真空中におけるローレンツ対称性の破れが及える影響を調査すること、特に異なる臨界速度を持つ複数の力学的セクターが共存する状況を想定する。
• それぞれのセクターが固有の不変速度を持つ「セクター的ローレンツ不変性」が、プリオン的グランドユニフィケーションや拡張されたスピン統一理論のようなより深い対称性からどのように生じるかを検討すること。
• 局所的ローレンツ不変性が、固体中のフォノン分散に類似した、低エネルギーにおける有効な対称性にすぎない可能性を検討すること。
• 高エネルギー加速器（例：LHC）において、超光速粒子およびローレンツ対称性の破れの観測可能な兆候を特定すること。
• 因果性に反するローレンツ対称性の破れの枠組みにおいて、GZKカットオフの欠如や高エネルギーでの不安定粒子の安定性といった異常を説明すること。

提案手法

• 真空中の励起状態が、それぞれが固有の臨界速度を持つ複数の力学的セクターを支持するモデルを提案する。そのうちの1つは光速を超える。
• 観測された通常の粒子に対するローレンツ不変性と矛盾しない、根本的な絶対静止系（真空中の静止系）の概念を導入する。
• セクター的ローレンツ不変性を、凝縮系系における線形分散関係 ω = c_s k に類似した低エネルギーにおける有効対称性としてモデル化する。
• 根本的な長さスケールを持つ有効場理論の枠組みを用いてローレンツ対称性の破れを記述し、短波長領域で因果性に反する振る舞いを導く。
• 超光速粒子の物性論的性質（変更された運動論的関係や崩壊率など）を分析し、加速器でのシグネチャーを導出する。
• これらの考えを応用して、高エネルギー加速器における観測可能な効果を予測し、標準模型の期待値から逸脱する粒子生成および崩壊過程に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローレンツ対称性の破れが、低エネルギー観測と矛盾しない形で超光速粒子の存在を許容することができるか？
• RQ2 異なる物質セクターが真空中に異なる臨界速度を持つ「セクター的ローレンツ不変性」がもたらす影響は何か？
• RQ3 根本的な長さスケールを持つ因果性に反するローレンツ対称性の破れモデルでは、GZKカットオフの欠如をどのように説明できるか？
• RQ4 将来の加速器（例：LHC）において、超光速粒子がどのような検出可能な兆候を生じるか？
• RQ5 プリオン的グランドユニフィケーションのようなより根本的な理論の低エネルギー極限として、セクター的ローレンツ不変性はどのようにして現れるか？

主な発見

• ローレンツ対称性の破れは、真空中に複数の力学的セクターを許容し得る。それぞれが固有の臨界速度を持ち、そのうちの1つは光速を超える可能性がある。
• 根本的な絶対静止系（真空中の静止系）の存在は、通常の粒子に対する見かけ上のローレンツ不変性と両立可能である。
• セクター的ローレンツ不変性は、完全なローレンツ不変性が破れている場合でも、結晶中のフォノン分散に類似した低エネルギー有効対称性として現れる可能性がある。
• GZKカットオフの欠如や高エネルギーでの不安定粒子の安定性といった現象は、因果性に反するローレンツ対称性の破れの枠組みにおいて自然な結果となる。
• 超光速粒子およびローレンツ対称性の破れの観測可能な兆候は、短波長スケールで現れるが、低エネルギー実験では検出不能である。
• 将来の加速器（例：LHC）は、高エネルギー粒子生成および崩壊過程における標準模型からの逸脱を通じて、これらの効果に対する最初の実験的アクセスを提供する可能性がある。