[论文解读] On the report of discovery of superluminal neutrinos

Moses Fayngold|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2011

Quantum Mechanics and Applications参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文认为，即使被证实，OPERA实验报告的超光速中微子现象也不会推翻狭义相对论。Fayngold主张，若此类中微子真实存在，可通过在保持洛伦兹不变性的修正框架内重新诠释其传播行为，使其与相对论原理共存，从而避免现代物理学中的基础性矛盾。

ABSTRACT

So far, none of the known and confirmed experiments have cast any doubts on foundations of special relativity (SR) (see, e.g., experiments on superluminal quantum tunneling [1-3]). The same is true regarding the impact of quantum non-locality; as we know it today, in no way does it challenge SR [4, 5]. In this brief comment we argue that even if the superluminal neutrinos do exist, this fact by itself will not overturn Relativity.

研究动机与目标

• 解决人们担忧超光速中微子会动摇狭义相对论基础的问题。
• 检验OPERA实验报告的中微速度异常是否与相对论既定原理相矛盾。
• 探讨此前提出的量子非定域性或超光速隧道效应是否挑战狭义相对论。
• 提出一个理论框架，使超光速中微子的存在不违反洛伦兹不变性，也无需对相对论进行修正。
• 强化狭义相对论与中微子物理学中新出现的实验异常之间的一致性。

提出的方法

• 运用理论物理原理分析OPERA实验声称中微子超光速传播的结论。
• 回顾先前关于超光速量子隧道效应的实验结果，并评估其与狭义相对论的兼容性。
• 评估量子非定域性在挑战或保持相对论不变性方面的作用。
• 提出若中微子传播行为通过一个修正但保持洛伦兹不变性的框架来诠释，则超光速中微子可与狭义相对论相容。
• 借鉴已知现象如超光速隧道，其中相速度超过c但不违反因果律。
• 使用逻辑与理论一致性论证，表明仅凭超光速中微子本身并不会导致与相对论的根本冲突。

实验结果

研究问题

• RQ1 若观测到超光速中微子，能否将其与狭义相对论的原则相调和？
• RQ2 现有关于超光速隧道或量子非定域性的实验是否挑战狭义相对论的有效性？
• RQ3 OPERA实验报告的中微速度异常是否足以推翻相对论的基础？
• RQ4 何种理论框架可使超光速中微子存在而不违反洛伦兹不变性？
• RQ5 超光速中微子的存在如何影响我们对因果律与相对论不变性的理解？

主要发现

• 若被证实，报告的超光速中微子结果不必然与狭义相对论相矛盾。
• 先前关于超光速量子隧道的实验并未动摇狭义相对论的基础。
• 以目前的理解，量子非定域性并不挑战狭义相对论的原则。
• 即使中微子以超光速传播，只要其行为在修正的理论诠释下，仍可与洛伦兹不变性保持一致。
• 本文结论认为，无需对狭义相对论进行根本性修正即可容纳超光速中微子。
• 若将超光速中微子置于保持相对论不变性的理论框架中进行诠释，理论一致性即可得到维持。