[论文解读] Constraining Generic Lorentz Violation and the Speed of the Graviton with Gravitational Waves

Saeed Mirshekari, Nicolás Yunes+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2011

Noncommutative and Quantum Gravity Theories被引用 19

一句话总结

本文提出了一种参数化的色散关系，用于建模引力波传播中的通用洛伦兹对称性破缺，展示了此类效应如何改变波形的相位演化，并可通过引力波探测进行约束。研究发现，对于与引力子动量低次幂成比例的色散关系，对洛伦兹对称性破缺的约束更紧，其中最强的限制适用于弱幂次依赖的模型。

ABSTRACT

Modified gravity theories generically predict a violation of Lorentz invariance, which may lead to a modified dispersion relation for propagating modes of gravitational waves. We construct a parametrized dispersion relation that can reproduce a range of known Lorentz-violating predictions and investigate their impact on the propagation of gravitational waves. A modified dispersion relation forces different wavelengths of the gravitational wave train to travel at slightly different velocities, leading to a modified phase evolution observed at a gravitational-wave detector. We show how such corrections map to the waveform observable and to the parametrized post-Einsteinian framework, proposed to model a range of deviations from General Relativity. Given a gravitational-wave detection, the lack of evidence for such corrections could then be used to place a constraint on Lorentz violation. The constraints we obtain are tightest for dispersion relations that scale with small power of the graviton's momentum and deteriorate for a steeper scaling.

研究动机与目标

• 使用参数化的色散关系对修正引力理论中已知的洛伦兹对称性破缺修正进行建模。
• 将洛伦兹对称性破缺的修正映射为引力波探测器中可观测的波形效应。
• 利用引力波探测数据推导对洛伦兹对称性破缺的约束。
• 评估不同色散关系函数形式下这些约束的敏感度。

提出的方法

• 构建一种参数化的色散关系，以涵盖修正引力理论中已知的洛伦兹对称性破缺预测。
• 该色散关系导致群速度具有频率依赖性，从而改变引力波信号的相位演化。
• 将修正后的相位演化映射到参数化后爱因斯坦（ppE）框架中，以实现与引力波观测的直接比较。
• 推导包含洛伦兹对称性破缺修正的理论波形，并与观测数据进行比较以推断约束。
• 评估不同色散关系相对于引力子动量的幂律标度下的约束结果。
• 分析假设引力波信号中未观测到偏差，以对洛伦兹对称性破缺参数设定上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 洛伦兹对称性破缺的色散关系如何改变引力波的相位演化？
• RQ2 当前引力波数据在多大程度上能够探测或约束此类修正？
• RQ3 对洛伦兹对称性破缺的约束如何依赖于色散关系的函数形式？
• RQ4 引力波观测对色散关系的不同幂律标度的敏感度如何？
• RQ5 洛伦兹对称性破缺的修正如何映射到参数化后爱因斯坦形式体系中？

主要发现

• 洛伦兹对称性破缺的色散关系导致群速度具有频率依赖性，从而在引力波信号中引起可测量的相位偏移。
• 洛伦兹对称性破缺引起的修正相位演化可有效建模于参数化后爱因斯坦框架内。
• 对洛伦兹对称性破缺的约束最强适用于与引力子动量低次幂成比例的色散关系。
• 当色散关系的幂律标度更陡时，约束显著变弱。
• 引力波数据中未观测到偏差，意味着未检测到洛伦兹对称性破缺，从而可对相应参数设定上限。