Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Расширение стандартной модели (SME) - это эффективная теория поля, которая содержит Стандартную модель , общую теорию относительности и все возможные операторы, нарушающие симметрию Лоренца . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Нарушения этой фундаментальной симметрии можно изучать в рамках этой общей структуры. Нарушение CPT означает нарушение лоренцевой симметрии [9], а SME включает операторы, которые как нарушают, так и сохраняют CPT-симметрию . [10] [11] [12]

Развитие [ править ]

В 1989 году Алан Костелецкий и Стюарт Самуэль доказали, что взаимодействия в теориях струн могут приводить к спонтанному нарушению лоренцевой симметрии. [13] Более поздние исследования показали, что петлевая квантовая гравитация, некоммутативные теории поля, сценарии мира на бране и модели случайной динамики также включают нарушение лоренц-инвариантности . [14] Интерес к нарушению Лоренца быстро вырос в последние десятилетия, потому что оно может возникнуть в этих и других кандидатских теориях квантовой гравитации . В начале 1990-х годов в контексте бозонных суперструн было показано, что взаимодействия струн могут также спонтанно нарушать симметрию CPT.. В этой работе [15] было высказано предположение, что эксперименты с каонной интерферометрией будут перспективными для поиска возможных сигналов нарушения CPT из-за их высокой чувствительности.

SME был задуман для облегчения экспериментальных исследований лоренцевой и CPT-симметрии с учетом теоретической мотивации нарушения этих симметрий. Первым шагом в 1995 году было внедрение эффективных взаимодействий. [16] [17] Хотя лоренц-разрушающие взаимодействия мотивированы такими конструкциями, как теория струн , низкоэнергетическое эффективное действие, возникающее в SME, не зависит от лежащей в основе теории. Каждый член эффективной теории включает в себя ожидание тензорного поля в основной теории. Эти коэффициенты малы из-за подавления в масштабе Планка., и в принципе измеримы в эксперименте. В первом случае рассматривалось смешивание нейтральных мезонов, поскольку их интерферометрическая природа делает их очень чувствительными к подавленным эффектам.

В 1997 и 1998 годах две работы Дона Колладея и Алана Костелецки дали начало минимальному SME в плоском пространстве-времени . [1] [2] Это обеспечило основу для нарушения Лоренца во всем спектре частиц стандартной модели и предоставило информацию о типах сигналов для потенциальных новых экспериментальных поисков. [18] [19] [20] [21] [22]

В 2004 г. были опубликованы ведущие члены с нарушением Лоренца в искривленном пространстве-времени [3], завершив тем самым картину минимального SME. В 1999 году Сидни Коулман и Шелдон Глэшоу представили специальный изотропный предел SME. [23] Лоренц-нарушающие члены высшего порядка изучались в различных контекстах, включая электродинамику. [24]

Преобразования Лоренца: наблюдатель против частицы [ править ]

Основная статья: Активное и пассивное преобразование

Различие между преобразованиями частицы и наблюдателя важно для понимания нарушения Лоренца в физике, потому что нарушение Лоренца подразумевает измеримую разницу между двумя системами, различающимися только преобразованием Лоренца частицы .

В специальной теории относительности преобразования Лоренца наблюдателя связывают измерения, сделанные в системах отсчета с разными скоростями и ориентациями. Координаты в одной системе связаны с координатами в другой с помощью преобразования Лоренца наблюдателя - вращения, ускорения или комбинации обоих. Каждый наблюдатель согласится с законами физики , поскольку это преобразование представляет собой просто изменение координат . С другой стороны, идентичные эксперименты можно вращать или усиливать относительно друг друга, пока они изучаются одним и тем же инерционным наблюдателем. Эти преобразования называются преобразованиями частиц, потому что материя и поля эксперимента физически преобразуются в новую конфигурацию.

В обычном вакууме, преобразования наблюдателя и частицы могут быть связаны друг с другом простым способом - в основном одно является обратным другому. Эта кажущаяся эквивалентность часто выражается с использованием терминологии активных и пассивных преобразований. Однако эквивалентность не работает в теориях с нарушением лоренца, поскольку фиксированные фоновые поля являются источником нарушения симметрии. Эти фоновые поля представляют собой тензорные величины, создающие предпочтительные направления и зависящие от усиления эффекты. Поля простираются во всем пространстве и времени и по существу заморожены. Когда эксперимент, чувствительный к одному из фоновых полей, вращается или усиливается, т. Е. Частицы преобразуются, фоновые поля остаются неизменными, и возможны измеримые эффекты. Лоренц-симметрия наблюдателя ожидается для всех теорий, включая теории с нарушением Лоренца,так как изменение координат не может повлиять на физику[ требуется разъяснение ] . Эта инвариантность реализуется в теориях поля путем записи скалярного лагранжиана с правильно сжатыми индексами пространства-времени. Разрушение Лоренца частиц вступает в силу, если теория включает фиксированные фоновые поля SME, заполняющие Вселенную.

Создание малого и среднего бизнеса [ править ]

SME можно выразить как лагранжиан с различными терминами. Каждый член, нарушающий лоренц-нарушение, представляет собой скаляр наблюдателя, построенный путем сужения стандартных полевых операторов с управляющими коэффициентами, называемыми коэффициентами нарушения лоренца . Это не параметры, а, скорее, предсказания теории, поскольку они в принципе могут быть измерены соответствующими экспериментами. Ожидается, что коэффициенты будут небольшими из-за подавления в масштабе Планка, поэтому подходят пертурбативные методы . В некоторых случаях [ какие? ]другие механизмы подавления могут маскировать серьезные нарушения Лоренца. Например, большие нарушения, которые могут существовать в гравитации, могли остаться незамеченными из-за взаимодействия со слабыми гравитационными полями. [25] Подробно изучены устойчивость и причинность теории. [26]

Спонтанное нарушение симметрии Лоренца [ править ]

Основная статья: нарушение симметрии Лоренца

В теории поля есть два возможных способа реализовать нарушение симметрии: явный и спонтанный. Ключевым результатом формальной теории нарушения Лоренца, опубликованной Костелецким в 2004 г., является то, что явное нарушение Лоренца приводит к несовместимости тождеств Бианки с ковариантными законами сохранения для тензоров энергии-импульса и спиновой плотности , в то время как спонтанное нарушение Лоренца уклоняется. эта трудность. [3] Эта теорема требует [ требуется пояснение ]что любое нарушение лоренцевой симметрии должно быть динамическим. Формальные исследования возможных причин нарушения лоренцевой симметрии включают исследования судьбы ожидаемых мод Намбу-Голдстоуна. Теорема Голдстоуна означает, что спонтанное нарушение должно сопровождаться безмассовыми бозонами . Эти режимы могут быть определены с фотоном , [27] гравитонные , [28] [29] спин-зависимых взаимодействий, [30] и спин-независимых взаимодействий. [25]

Экспериментальные поиски [ править ]

Возможные сигналы нарушения Лоренца в любом эксперименте могут быть рассчитаны с помощью SME. [31] [32] [33] [34] [35] [36] Таким образом, он оказался замечательным инструментом в поисках нарушения Лоренца в среде экспериментальной физики. До настоящего времени экспериментальные результаты принимали форму верхних оценок коэффициентов SME. Поскольку результаты будут численно различаться для разных инерциальных систем отсчета, стандартным кадром, принятым для представления результатов, является кадр, центрированный по Солнцу. Эта рамка - практичный и подходящий выбор, поскольку она доступна и инерционна в масштабе времени в сотни лет.

Типичные эксперименты ищут связи между фоновыми полями и различными свойствами частиц, такими как спин или направление распространения. Один из ключевых сигналов нарушения Лоренца возникает из-за того, что эксперименты на Земле неизбежно вращаются и вращаются относительно системы, центрированной по Солнцу. Эти движения приводят как к годовым, так и к сидерическим вариациям измеренных коэффициентов нарушения Лоренца. Поскольку поступательное движение Земли вокруг Солнца является нерелятивистским, годовые вариации обычно подавляются в 10 -4 раза . Это делает сидерические вариации основным нестационарным эффектом, который следует искать в экспериментальных данных. [37]

Измерения коэффициентов SME проводились с помощью экспериментов, включающих:

  • двойное лучепреломление и дисперсия от космологических источников
  • часы-сравнительные измерения
  • CMB поляризация
  • коллайдерные эксперименты
  • электромагнитные резонансные полости
  • принцип эквивалентности
  • калибровочные и частицы Хиггса
  • астрофизические наблюдения высоких энергий
  • лабораторные и гравиметрические испытания силы тяжести
  • материальная интерферометрия
  • осцилляции нейтрино
  • колебания и распады K, B, D-мезонов
  • сравнение частиц с античастицами
  • постньютоновская гравитация в Солнечной системе и за ее пределами
  • частицы второго и третьего поколения
  • космические миссии
  • спектроскопия водорода и антиводорода
  • спин-поляризованное вещество.

Все экспериментальные результаты для коэффициентов SME приведены в таблицах данных для нарушений Лоренца и CPT. [38]

См. Также [ править ]

  • Испытания антивещества на нарушение Лоренца
  • Лоренц-инвариантная электродинамика
  • Лоренц-инвариантные осцилляции нейтрино
  • Модели шмелей
  • Тесты специальной теории относительности
  • Проверить теории специальной теории относительности

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Колладей, Дон; Костелецкий, В. Алан (1 июня 1997 г.). «Нарушение ЕКПП и стандартная модель». Physical Review D . 55 (11): 6760–6774. arXiv : hep-ph / 9703464 . Bibcode : 1997PhRvD..55.6760C . DOI : 10.1103 / physrevd.55.6760 . ISSN  0556-2821 . S2CID  7651433 .
  2. ^ a b Colladay, D .; Костелецкий, В. Алан (1998-10-26). «Лоренц-инвариантное расширение стандартной модели». Physical Review D . 58 (11): 116002. arXiv : hep-ph / 9809521 . Bibcode : 1998PhRvD..58k6002C . DOI : 10.1103 / physrevd.58.116002 . ISSN 0556-2821 . S2CID 4013391 .  
  3. ^ a b c Костелецкий, В. Алан (17 мая 2004 г.). «Гравитация, нарушение Лоренца и стандартная модель». Physical Review D . 69 (10): 105009. arXiv : hep-th / 0312310 . Bibcode : 2004PhRvD..69j5009K . DOI : 10.1103 / physrevd.69.105009 . ISSN 1550-7998 . S2CID 55185765 .  
  4. ^ Неправильна ли специальная теория относительности? Фил Шеве и Бен Штайн, AIP Physics News Update Number 712 # 1, 13 декабря 2004 г.
  5. Перейти ↑ Cho, A. (2005-02-11). «Пересмотр специальной теории относительности». Наука . 307 (5711): 866–868. DOI : 10.1126 / science.307.5711.866 . ISSN 0036-8075 . PMID 15705835 . S2CID 28092885 .   
  6. ^ Неужели у теории Эйнштейна закончилось время? , CNN, 5 июня 2002 г.
  7. ^ Был ли Эйнштейн неправ? Исследования космической станции могут выяснить , JPL News, 29 мая 2002 г.
  8. ^ Плечи заглядывая Эйнштейна по JR Minkel, Scientific American, 24 июня 2002 года.
  9. ^ Гринберг, OW (2002-11-18). «Нарушение CPT подразумевает нарушение лоренц-инвариантности». Письма с физическим обзором . 89 (23): 231602. arXiv : hep-ph / 0201258 . Bibcode : 2002PhRvL..89w1602G . DOI : 10.1103 / physrevlett.89.231602 . ISSN 0031-9007 . PMID 12484997 . S2CID 9409237 .   
  10. ^ Костелецкий, Алан. Поиск нарушений теории относительности . Scientific American.
  11. ^ Рассел, Нил. Ткань последней границы , New Scientist Magazine, выпуск 2408, 16 августа 2003 г.
  12. ^ Время Замедляет Когда Вы находитесь на лету Элизабет Quill, Science, 13 ноября 2007 года.
  13. ^ Костелецкий, В. Алан; Сэмюэл, Стюарт (1989-01-15). «Самопроизвольное нарушение лоренцевой симметрии в теории струн». Physical Review D . 39 (2): 683–685. Bibcode : 1989PhRvD..39..683K . DOI : 10.1103 / physrevd.39.683 . ЛВП : 2022/18649 . ISSN 0556-2821 . PMID 9959689 .  
  14. ↑ Нарушение симметрии Лоренца , Physics World, 10 марта 2004 г.
  15. ^ Алан Костелецкий, В .; Поттинг, Робертус (1991). «CPT и струны». Ядерная физика Б . 359 (2–3): 545–570. Bibcode : 1991NuPhB.359..545A . DOI : 10.1016 / 0550-3213 (91) 90071-5 . hdl : 2022/20736 . ISSN 0550-3213 . 
  16. ^ Костелецкий, В. Алан; Поттинг, Робертус (1995-04-01). «CPT, струнные и мезонные фабрики». Physical Review D . 51 (7): 3923–3935. arXiv : hep-ph / 9501341 . Bibcode : 1995PhRvD..51.3923K . DOI : 10.1103 / physrevd.51.3923 . ISSN 0556-2821 . PMID 10018860 . S2CID 1472647 .   
  17. ↑ IU Physicist предлагает основу для искоренения священного принципа физики. Архивировано 29сентября2012 г. в Wayback Machine , Комната новостей Университета Индианы, 5 января 2009 г.
  18. ^ Новые способы, предлагаемые для исследования нарушения Лоренца , Новости американского физического общества, июнь 2008 г.
  19. ^ Болл, Филипп (2004). "Назад в будущее". Природа . 427 (6974): 482–484. DOI : 10.1038 / 427482a . ISSN 0028-0836 . PMID 14765166 . S2CID 29609511 .   
  20. ^ Нарушения Лоренца? Еще нет Фил Шеве, Джеймс Риордон и Бен Штайн, номер 623 # 2, 5 февраля 2003 г.
  21. ^ Lamoreaux, Steve K. (2002). «Время испытаний в космосе». Природа . 416 (6883): 803–804. DOI : 10.1038 / 416803a . ISSN 0028-0836 . PMID 11976666 . S2CID 28341801 .   
  22. ^ Выявление нарушений теории относительности с атомами Квентин Г. Бейли, APS Viewpoint, Physics 2, 58 (2009).
  23. ^ Коулман, Сидней; Глэшоу, Шелдон Л. (28 апреля 1999 г.). «Высокоэнергетические тесты лоренц-инвариантности». Physical Review D . 59 (11): 116008. arXiv : hep-ph / 9812418 . Bibcode : 1999PhRvD..59k6008C . DOI : 10.1103 / physrevd.59.116008 . ISSN 0556-2821 . S2CID 1273409 .  
  24. ^ Костелецкий, В. Алан; Мьюз, Мэтью (2009-07-29). «Электродинамика с лоренц-нарушающими операторами произвольной размерности». Physical Review D . 80 (1): 015020. arXiv : 0905.0031 . Bibcode : 2009PhRvD..80a5020K . DOI : 10.1103 / physrevd.80.015020 . ISSN 1550-7998 . S2CID 119241509 .  
  25. ^ a b Костелецкий, В. Алан; Тассон, Джей Д. (05.01.2009). "Перспективы больших нарушений теории относительности в связях материя-гравитация". Письма с физическим обзором . 102 (1): 010402. arXiv : 0810.1459 . Bibcode : 2009PhRvL.102a0402K . DOI : 10.1103 / physrevlett.102.010402 . ISSN 0031-9007 . PMID 19257171 . S2CID 15236830 .   
  26. ^ Костелецкий, В. Алан; Ленерт, Ральф (13 февраля 2001 г.). «Стабильность, причинность и нарушение Лоренца и CPT». Physical Review D . 63 (6): 065008. arXiv : hep-th / 0012060 . Bibcode : 2001PhRvD..63f5008K . DOI : 10.1103 / physrevd.63.065008 . ISSN 0556-2821 . S2CID 119074843 .  
  27. ^ Блум, Роберт; Костелецкий, В. Алан (22 марта 2005 г.). «Спонтанное нарушение Лоренца, моды Намбу-Голдстоуна и гравитация». Physical Review D . 71 (6): 065008. arXiv : hep-th / 0412320 . Bibcode : 2005PhRvD..71f5008B . DOI : 10.1103 / physrevd.71.065008 . ISSN 1550-7998 . S2CID 119354909 .  
  28. ^ Костелецкий, В. Алан; Поттинг, Робертус (19 марта 2009 г.). «Гравитация от спонтанного нарушения Лоренца». Physical Review D . 79 (6): 065018. arXiv : 0901.0662 . Bibcode : 2009PhRvD..79f5018K . DOI : 10.1103 / physrevd.79.065018 . ISSN 1550-7998 . S2CID 119229843 .  
  29. ^ В.А. Костелецкий и Р. Поттинг, Гравитация от локального нарушения Лоренца , Gen. Rel. Грав. 37, 1675 (2005).
  30. ^ Н. Аркани-Хамед, Х. К. Ченг, М. Льюти и Дж. Талер, Универсальная динамика спонтанного нарушения Лоренца и новая сила закона обратных квадратов , зависящая от спина, JHEP 0507, 029 (2005).
  31. ↑ Унификация, возможно, созрела для выбора , Physics World, 13 января 2009 г.
  32. ^ Эксперимент Майкельсона-Морли пока лучший , Хэмиш Джонстон, Physics World, 14 сентября 2009 г.
  33. ^ Нейтрино: ключ к теории всего Маркуса Чоуна, New Scientist Magazine, выпуск 2615, 1 августа 2007 г.
  34. ^ Эйнштейна относительности выживает Neutrino тест , Университет Индианы Прессцентр, 15 октября 2008.
  35. ^ Нарушения Относительность может сделать свет Фрэнсис Редди, астрономической Magazine, 21 июня 2005 года.
  36. ^ Антиматерии и материи могут иметь разные свойства Архивные 2005-11-08 в Wayback Machine , Indiana University News Room.
  37. ^ Остается Лоренц симметрии неповрежденные , Physics World, февраль 25, 2003.
  38. ^ Костелецкий, В. Алан; Рассел, Нил (10 марта 2011 г.). "Таблицы данных для нарушений Лоренца и CPT". Обзоры современной физики . 83 (1): 11–31. arXiv : 0801.0287 . Bibcode : 2011RvMP ... 83 ... 11K . DOI : 10,1103 / revmodphys.83.11 . ISSN 0034-6861 . S2CID 3236027 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Справочная информация о нарушении закона Лоренца и ЕКПП
  • Таблицы данных для нарушений Лоренца и CPT