[论文解读] High-Energy Nuclear Physics with Lorentz Symmetry Violation

Luis Gonzalez‐Mestres|ArXiv.org|Aug 15, 1997

International Science and Diplomacy参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文提出，在高能下规范对称性破缺可能解释超高能宇宙射线中不存在格雷森-扎采平-库兹明截止现象，以及中子和原子核等短寿命粒子在极高能量下的稳定性。通过引入一个基本长度尺度和一个优选的真空静止参考系，该研究将部分洛伦兹不变性重新解释为一种低能涌现对称性，从而允许非因果模型在避开标准高能约束的同时，仍与低能实验保持一致。

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 for protons and nuclei and the stability of unstable particles (e.g. neutron, several nuclei...) 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 are expected at very short wavelength scales, even if Lorentz symmetry violation remains invisible to standard low-energy tests. We present a detailed discussion of the implications of Lorentz symmetry violation for very high-energy nuclear physics.

研究动机与目标

• 研究洛伦兹对称性破缺对超高能核物理的影响。
• 解释宇宙射线能谱中格雷森-扎采平-库兹明截止现象的缺失。
• 在洛伦兹破缺条件下，探讨短寿命粒子（如中子、原子核）在极高能量下的稳定性。
• 提出一个框架，其中部分洛伦兹不变性源于更深层的对称性（如夸克模型的统一或扩展的超对称性）。
• 通过临界长度尺度，调和低能下看似洛伦兹不变性与高能下根本性破缺之间的矛盾。

提出的方法

• 提出一个洛伦兹不变性因基本长度尺度而破缺的模型，导致存在一个优选的真空静止参考系。
• 假设不同物质场可以具有不同的真空临界速度，普通粒子的临界速度为c。
• 使用部分对称性来建模动力学，将洛伦兹不变性视为类似于固体中声子色散关系的低能极限。
• 应用具有洛伦兹破缺项的非因果场论来描述高能核过程。
• 在此框架下分析粒子截面和衰变速率的能量依赖性，以评估稳定性和谱特征。
• 使用有效场论技术推导标准高能行为的修正，尤其针对质子和原子核。

实验结果

研究问题

• RQ1 洛伦兹对称性破缺能否解释超高能宇宙射线谱中格雷森-扎采平-库兹明截止现象的缺失？
• RQ2 在洛伦兹破缺动力学下，为何中子和某些原子核等短寿命粒子能在极高能量下保持稳定？
• RQ3 基本长度尺度对高能核碰撞的运动学和动力学有何影响？
• RQ4 在根本性洛伦兹对称性破缺的理论中，部分洛伦兹不变性以何种方式作为低能近似出现？
• RQ5 优选真空静止参考系的存在如何影响高能核过程，而不与低能洛伦兹不变性相矛盾？

主要发现

• 宇宙射线中格雷森-扎采平-库兹明截止现象的缺失，可通过高能下的洛伦兹对称性破缺自然解释。
• 在洛伦兹破缺框架下，中子和某些原子核等不稳定粒子因修正的运动学而表现出增强的稳定性。
• 部分洛伦兹不变性作为低能极限出现，类似于声子系统中的线性色散关系 ω = c_s k，即使根本洛伦兹不变性已被破缺。
• 该模型引入了一个基本长度尺度，可在低能下抑制洛伦兹破缺，从而保持与实验测试的一致性。
• 洛伦兹破缺的可观测效应预期出现在极短波长尺度，即使对称性破缺在标准低能实验中尚未被探测到。
• 该框架允许在非因果模型中保持一致的高能核物理，同时满足低能约束。