[论文解读] 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 8

一句话总结

本文提出，洛伦兹对称性破缺可能允许在临界速度超过光速的物质领域中存在超光速粒子，同时保持普通粒子的表观洛伦兹不变性。该理论认为，尽管此类物理效应在低能实验中不可见，但可能在未来对撞机（如LHC）中通过可观测的信号表现出来。

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.

研究动机与目标

• 研究真空中洛伦兹对称性破缺的含义，特别是当多个具有不同临界速度的动力学领域共存时的情形。
• 探讨各领域洛伦兹不变性——即每个领域具有其自身的不变速度——如何从更深层的对称性（如夸克子大统一或扩展超对称）中涌现。
• 研究局域洛伦兹不变性是否仅为一种低能有效对称性，类似于固体中的声子色散关系。
• 识别高能对撞机（如LHC）中可能观测到的超光速粒子与洛伦兹对称性破缺的可观测信号。
• 在非因果、洛伦兹破缺的框架下，解释诸如GZK截止缺失和高能下不稳定粒子稳定等异常现象。

提出的方法

• 提出一个模型，其中真空激发支持多个动力学领域，每个领域在真空中具有其自身的临界速度，包括一个超过c的领域。
• 引入基本绝对静止参考系（真空静止参考系）的概念，该参考系不与普通粒子的观测洛伦兹不变性相矛盾。
• 将领域洛伦兹不变性建模为低能下的有效对称性，类似于凝聚态系统中线性色散关系 ω = c_s k 的情形。
• 使用具有基本长度尺度的有效场论框架来描述洛伦兹破缺，导致短波长下的非因果行为。
• 分析超光速粒子的理论现象学，包括修正的运动学和衰变速率，以推导对撞机中的信号特征。
• 将这些思想应用于预测高能对撞机中的可观测效应，重点关注粒子产生与衰变过程中对标准模型预期的偏离。

实验结果

研究问题

• RQ1 洛伦兹对称性破缺是否可能允许存在超光速粒子，而不会与低能观测结果矛盾？
• RQ2 当不同物质领域在真空中具有不同的临界速度时，领域洛伦兹不变性具有何种含义？
• RQ3 在具有基本长度尺度的非因果、洛伦兹破缺模型中，如何解释GZK截止的缺失？
• RQ4 未来对撞机（如LHC）中，超光速粒子可能产生何种可观测信号？
• RQ5 领域洛伦兹不变性如何作为更基本理论（如夸克子大统一）的低能极限出现？

主要发现

• 洛伦兹对称性破缺可能允许真空中存在多个动力学领域，每个领域具有其自身的临界速度，包括一个超过c的领域。
• 存在一个基本绝对静止参考系（真空静止参考系）与普通粒子的表观洛伦兹不变性相容。
• 即使完整的洛伦兹不变性被破坏，领域洛伦兹不变性仍可作为低能有效对称性出现，类似于晶体中的声子色散。
• 诸如GZK截止缺失和高能下不稳定粒子的稳定性等现象，是此非因果、洛伦兹破缺框架下的自然结果。
• 尽管这些效应在低能实验中不可探测，但在极短波长尺度下，超光速粒子与洛伦兹破缺的可观测信号仍可预期。
• 未来对撞机（如LHC）可能通过高能粒子产生与衰变过程中的偏离，首次提供对这些效应的实验探测机会。