[论文解读] Space, Time and Superluminal Particles

Luis Gonzalez‐Mestres|ArXiv.org|Feb 24, 1997

Noncommutative and Quantum Gravity Theories参考文献 11被引用 9

一句话总结

本文提出洛伦兹不变性并非基本性质，而是在宏观尺度上涌现的，允许存在多个具有不同真空临界速度的物质领域，包括超光速粒子。通过一种旋量时空模型，其中时间与表示宇宙膨胀的旋量模长相关联，该研究提出存在一个绝对静止参考系（与宇宙微波背景相关），并预测在地球上可探测到的超光速粒子速度将接近10³c，从而为超越标准相对论的实验搜索提供可检验的理论框架。

ABSTRACT

If textbook Lorentz invariance is actually a property of the equations describing a sector of matter 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, possibly related to the local rest frame of the expanding Universe) 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). The real geometry of space-time will then be different from standard Lorentz invariance, and the Poincare relativity principle will be a local (in space and time), approximate sectorial property. It seems natural to assume that particles with critical speed in vacuum different from c are superluminal. We illustrate such a scenario using as an example a spinorial space-time where the modulus of the spinor, associated to the time variable, is the size of an expanding Universe. Several properties of superluminal particles, and of matter without a universal relativity principle, are discussed in view of experimental applications. If the vacuum rest frame is close to that suggested by the cosmic microwave background, experimental searches for superluminal particles on earth should mainly contemplate a laboratory speed range around 10E3 c , even for very high energy superluminal cosmic rays. The detectability of several consequences of the new scenario is briefly discussed.

研究动机与目标

• 探索洛伦兹不变性并非基本性质，而是在大尺度上涌现的可能性，从而允许不同物质领域在真空中具有不同的临界速度。
• 研究一个优选真空静止参考系（可能与宇宙微波背景相关）对超光速粒子存在性和可探测性的影响。
• 基于旋量时空构建一个理论框架，其中时间变量与表示膨胀宇宙尺度的旋量模长相关联。
• 评估探测超光速粒子的实验可行性，特别是在高能宇宙射线和地面实验的背景下。
• 通过将庞加莱相对性原理重新解释为局部、近似且领域性的对称性，而非自然的基本定律，挑战其普遍性。

提出的方法

• 提出一种旋量时空模型，其中时间变量由旋量场的模长定义，旋量的幅度代表膨胀宇宙的尺度因子。
• 引入每个物质领域“临界速度”的概念，其中只有标准模型粒子的临界速度为c，而其他粒子可能超过c。
• 假设洛伦兹不变性并非基本性质，而仅在超过临界距离尺度的特定领域内适用，从而容许亚光速、光速和超光速物质共存。
• 采用几何框架，将真空静止参考系识别为优选参考系，可能与宇宙微波背景静止参考系对齐。
• 推导超光速粒子的运动学约束，表明由于优选参考系的影响，其在地球上可探测的速度范围将集中于约10³c。
• 将该模型应用于预测实验信号，特别是在高能宇宙射线和地面粒子探测场景中。

实验结果

研究问题

• RQ1 洛伦兹不变性是否可以是涌现的、领域特定的性质，而非自然的普遍对称性？
• RQ2 引入真空中临界速度不同于c的物质领域会产生哪些运动学和动力学后果？
• RQ3 若存在一个优选真空静止参考系（可能与宇宙微波背景相关），它将如何改变地球上的超光速粒子的可探测性？
• RQ4 哪些实验信号可将超光速粒子与标准粒子区分开来，特别是在高能宇宙射线或加速器实验中？
• RQ5 在时间与旋量模长相关的旋量时空模型中，时空结构及超光速粒子行为将如何改变？

主要发现

• 本文提出洛伦兹不变性并非基本性质，而仅在超过临界距离尺度的特定物质领域内适用，从而容许真空中不同临界速度的粒子共存。
• 可能存在一个优选真空静止参考系，而不会破坏标准粒子物理学中观察到的洛伦兹不变性，该参考系可能与宇宙微波背景的静止参考系对齐。
• 临界速度超过c的粒子被识别为超光速粒子，其在地球上可探测的实验室速度预计会聚集在约10³c附近，这是由于优选参考系的影响。
• 旋量时空模型提供了一个几何框架，其中时间变量由旋量场的模长导出，该模长随膨胀宇宙的尺度因子演化。
• 庞加莱相对性原理被重新解释为局部、近似且领域性的对称性，而非自然的普遍定律。
• 该模型表明，实验搜索超光速粒子应聚焦于约10³c为中心的狭窄速度范围，即使对于极高能宇宙射线也是如此。