표준 모델 확장

Standard-Model Extension

표준 모형 확장(SME)은 표준 모형, 일반 상대성 이론 및 로렌츠 [1][2][3][4][5][6][7][8]대칭을 깨는 가능한 모든 연산자를 포함하는 효과적인 필드 이론입니다.이 기본 대칭의 위반은 이 일반적인 프레임워크 내에서 연구할 수 있다.CPT 위반은 로렌츠 [9]대칭의 파괴를 의미하며 SME는 CPT [10][11][12]대칭을 파괴하고 유지하는 연산자를 포함합니다.

발전

1989년, 앨런 코스텔렉과 스튜어트 사무엘은 끈 이론에서의 상호작용이 로렌츠 [13]대칭의 자연 파괴로 이어질 수 있다는 것을 증명했다.이후 연구는 루프 양자 중력, 비교환적 자기장 이론, 브레인 월드 시나리오 및 랜덤 다이내믹스 모델도 로렌츠 [14]불변성의 분해를 수반한다는 것을 보여주었다.로렌츠 위반에 대한 관심은 양자 중력에 대한 이러한 다른 후보 이론에서 발생할 수 있기 때문에 지난 수십 년 동안 급속히 증가해왔다.1990년대 초에는 현의 상호작용이 CPT 대칭을 자연스럽게 깨뜨릴 수 있다는 것이 보소닉 초스트링의 맥락에서 나타났다.이 연구는[15] 높은 민감도로 인해 CPT 위반의 가능한 신호를 찾는 데 kaon 간섭계 실험이 유망할 것이라고 제안했다.

SME는 로렌츠 대칭과 CPT 대칭을 위반하는 이론적 동기를 고려할 때 이러한 대칭에 대한 실험적 조사를 용이하게 하기 위해 고안되었다.1995년의 첫 단계는 효과적인 [16][17]상호작용의 도입이었다.로렌츠 파괴 상호작용은 끈 이론과 같은 구조에 의해 동기 부여되지만, SME에서 나타나는 저에너지 유효 작용은 기본 이론과는 무관하다.유효 이론의 각 항은 기초 이론의 텐서 장에 대한 기대를 포함한다.이러한 계수는 플랑크 규모의 억제로 인해 작으며, 원칙적으로 실험에서 측정할 수 있다.첫 번째 사례에서는 중성 중간자의 혼합을 고려했는데, 그 이유는 중성 중간자의 간섭 특성이 억제 효과에 매우 민감하게 반응하기 때문이다.

1997년과 1998년에 Don Colladay와 Alan Kosteleck의 두 논문이 평평한 시공간에서 [1][2]최소한의 SME를 탄생시켰다.이것은 표준 모델 입자의 스펙트럼 전체에 걸쳐 로렌츠 위반에 대한 프레임워크를 제공했고 잠재적인 새로운 실험 검색을 [18][19][20][21][22]위한 신호 유형에 대한 정보를 제공했다.

2004년에는 커브드 시공간에서의 로렌츠 파괴 용어를 [3]발표하여 최소 SME의 그림을 완성하였다.1999년에는 시드니 콜먼과 셸던 글래쇼가 [23]SME의 특별한 등방성 한계를 제시하였다.고차 로렌츠 위반 용어는 전기역학을 [24]포함한 다양한 맥락에서 연구되어 왔다.

로렌츠 변환: 관찰자 대 입자

주요 기사:액티브 및 패시브 변환

입자 변환과 관찰자 변환의 구별은 물리학에서 로렌츠 위반을 이해하는 데 필수적입니다. 로렌츠 위반은 입자 로렌츠 변환에 의해서만 다른 두 시스템 간의 측정 가능한 차이를 의미하기 때문입니다.

특수 상대성 이론에서 관찰자 로렌츠 변환은 속도 및 방향이 다른 기준 프레임에서 수행된 측정을 관련짓습니다.한 시스템의 좌표는 관찰자 로렌츠 변환(회전, 부스트 또는 둘의 조합)에 의해 다른 시스템의 좌표와 관련됩니다.이러한 변환은 단순히 좌표의 변화이기 때문에 각 관찰자는 물리 법칙에 동의할 것입니다.한편, 동일한 관성 관찰자에 의해 연구되는 동안 동일한 실험은 서로 상대적으로 회전하거나 상승할 수 있다.이러한 변환은 입자 변환이라고 불리는데, 실험의 물질과 장이 물리적으로 새로운 구성으로 변환되기 때문입니다.

기존 진공에서 관찰자와 입자 변환은 간단한 방식으로 서로 관련될 수 있습니다. 기본적으로 하나는 다른 것과 반대입니다.이러한 외관상 동등성은 종종 능동형 변환과 수동형 변환의 용어를 사용하여 표현됩니다.그러나 고정 배경장이 대칭 파괴의 원천이기 때문에 로렌츠 위반 이론에서는 등가성이 실패한다.이러한 배경 필드는 텐서와 같은 양으로 선호 방향과 부스트 의존적 효과를 생성한다.필드는 모든 공간과 시간에 걸쳐 확장되며 기본적으로 동결됩니다.배경 필드 중 하나에 민감한 실험이 회전 또는 상승될 때(즉, 입자 변환) 배경 필드는 변경되지 않고 측정 가능한 효과가 가능합니다.관측자 로렌츠 대칭은 좌표의 변화가 물리학에[clarification needed] 영향을 미칠 수 없기 때문에 로렌츠 위반 이론을 포함한 모든 이론에 대해 기대됩니다.이 불변성은 적절히 수축된 시공간 지수를 사용하여 스칼라 라그랑지안을 작성함으로써 필드 이론에서 구현된다.입자 로렌츠 파괴는 이론이 우주를 채우는 고정된 SME 배경 필드를 포함하면 시작됩니다.

SME의 구축

SME는 다양한 용어를 가진 라그랑지안이라고 표현할 수 있다.각 로렌츠 위반 항은 로렌츠 위반 계수라고 불리는 제어 계수를 가진 표준 필드 연산자를 수축시켜 만든 관측자 스칼라입니다.이것들은 원칙적으로 적절한 실험에 의해 측정될 수 있기 때문에 매개변수가 아니라 이론의 예측이다.플랑크 스케일 억제 때문에 계수가 작을 것으로 예상되므로 섭동 방법이 적절하다.경우에 따라서는[which?] 다른 억제 메커니즘이 큰 로렌츠 위반을 가릴 수 있습니다.예를 들어, 중력장이 [25]약한 커플링 때문에 중력에 존재할 수 있는 큰 위반은 지금까지 발견되지 않았을 수 있다.그 이론의 안정성과 인과관계가 [26]상세하게 연구되었다.

자발적 로렌츠 대칭 파괴

주요 기사: 로렌츠 대칭 파괴

필드 이론에서는 대칭을 깨는 두 가지 가능한 방법이 있습니다: 명시적인 방법과 자발적인 방법입니다.2004년 코스텔렉에 의해 발표된 로렌츠 위반의 공식 이론의 핵심 결과는 명시적인 로렌츠 위반이 에너지-모멘텀 및 스핀 밀도 텐서에 대한 공변 보존 법칙과 비앙치 동일성의 호환성을 초래하는 반면, 자발적인 로렌츠 파괴는 이러한 [3]어려움을 회피한다는 것이다.이 정리는[clarification needed] 로렌츠 대칭의 어떤 파괴도 역동적이어야 한다는 것을 요구한다.로렌츠 대칭 붕괴의 가능한 원인에 대한 공식 연구에는 예상되는 남부-골드스톤 모드의 운명에 대한 조사가 포함된다.골드스톤의 정리는 자발적 파괴는 질량이 없는 보손과 동반되어야 한다는 것을 암시한다.이러한 모드는 광자,[27] 중력자,[28][29] 스핀 의존적 상호작용 [30]및 스핀 비의존적 [25]상호작용으로 식별될 수 있다.

실험 검색

어떤 실험에서든 로렌츠 위반의 가능한 신호는 [31][32][33][34][35][36]SME에서 계산할 수 있습니다.따라서 그것은 실험물리학의 경지에서 로렌츠 위반을 찾는 데 있어 주목할 만한 도구임이 증명되었습니다.지금까지의 실험 결과는, SME 계수의 상한의 형태를 취해 왔다.관성 기준 프레임마다 결과가 수치적으로 다르기 때문에 결과 보고에 채택된 표준 프레임은 태양 중심 프레임이다.이 프레임은 수백 년의 시간 척도로 접근 가능하고 관성적이기 때문에 실용적이고 적절한 선택이다.

일반적인 실험에서는 배경 장과 스핀 또는 전파 방향과 같은 다양한 입자 특성 사이의 커플링을 찾습니다.로렌츠 위반의 주요 신호 중 하나는 지구에서의 실험이 불가피하게 태양 중심 프레임에 대해 회전하고 회전하기 때문에 발생합니다.이러한 움직임으로 인해 로렌츠 위반에 대해 측정된 계수의 연간 및 측방향 변화가 모두 발생합니다.태양 주위를 도는 지구의 이동 운동은 상대적이지 않기 때문에, 연간 변동은 일반적으로 계수−4 10에 의해 억제됩니다.따라서 항성 변동은 [37]실험 데이터에서 찾아야 하는 시간 의존적 효과가 됩니다.

SME 계수의 측정은 다음과 같은 실험을 통해 수행되었다.

SME 계수에 대한 모든 실험 결과는 로렌츠 및 CPT [38]위반에 대한 데이터 표에 나와 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Colladay, Don; Kostelecký, V. Alan (1997-06-01). "CPT violation and the standard model". 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.; Kostelecký, V. Alan (1998-10-26). "Lorentz-violating extension of the standard model". 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 Kostelecký, V. Alan (2004-05-17). "Gravity, Lorentz violation, and the standard model". 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. ^ 특수상대성이론은 잘못된 것인가? 필 슈와 벤 스타인, AIP 물리뉴스 업데이트 번호 712 #1, 2004년 12월 13일.
  5. ^ Cho, A. (2005-02-11). "Special Relativity Reconsidered". Science. 307 (5711): 866–868. doi:10.1126/science.307.5711.866. ISSN 0036-8075. PMID 15705835. S2CID 28092885.
  6. ^ 아인슈타인의 이론에 대한 시간이 다 되었나요? CNN, 2002년 6월 5일.
  7. ^ 아인슈타인이 틀렸나요? 우주정거장 연구팀이 밝혀낼지도 모른다, JPL뉴스, 2002년 5월 29일.
  8. ^ J.R.의 아인슈타인의 어깨 너머로 들여다보는 것.2002년 6월 24일, Scientific American, 밍클.
  9. ^ Greenberg, O. W. (2002-11-18). "CPT Violation Implies Violation of Lorentz Invariance". Physical Review Letters. 89 (23): 231602. arXiv:hep-ph/0201258. Bibcode:2002PhRvL..89w1602G. doi:10.1103/physrevlett.89.231602. ISSN 0031-9007. PMID 12484997. S2CID 9409237.
  10. ^ 코스텔렉, 앨런상대성 위반에 대한 탐색.사이언티컬 아메리칸
  11. ^ 러셀, 닐최종 프런티어 패브릭, New Scientist Magazine 제2408호, 2003년 8월 16일.
  12. ^ 엘리자베스 퀼, 사이언스, 2007년 11월 13일자.
  13. ^ Kostelecký, V. Alan; Samuel, Stuart (1989-01-15). "Spontaneous breaking of Lorentz symmetry in string theory". Physical Review D. 39 (2): 683–685. Bibcode:1989PhRvD..39..683K. doi:10.1103/physrevd.39.683. hdl:2022/18649. ISSN 0556-2821. PMID 9959689.
  14. ^ 로렌츠 대칭 깨기, 물리학 세계, 2004년 3월 10일.
  15. ^ Alan Kostelecký, V.; Potting, Robertus (1991). "CPT and strings". Nuclear Physics B. 359 (2–3): 545–570. Bibcode:1991NuPhB.359..545A. doi:10.1016/0550-3213(91)90071-5. hdl:2022/20736. ISSN 0550-3213.
  16. ^ Kostelecký, V. Alan; Potting, Robertus (1995-04-01). "CPT, strings, and meson factories". 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 Physical은 2009년 1월 5일 Indiana University News Room 웨이백 머신에서 2012-09-29년에 보관된 물리학의 신성한 원리를 근절하기 위한 재단을 제공합니다.
  18. ^ 로렌츠 위반을 조사하기 위해 제안된 새로운 방법, 미국 물리학회 뉴스, 2008년 6월.
  19. ^ Ball, Philip (2004). "Back to the future". Nature. 427 (6974): 482–484. doi:10.1038/427482a. ISSN 0028-0836. PMID 14765166. S2CID 29609511.
  20. ^ 로렌츠 위반? 2003년 2월 5일, 필 쉬, 제임스 리오든, 벤 스타인의 No.623 #2.
  21. ^ Lamoreaux, Steve K. (2002). "Testing times in space". Nature. 416 (6883): 803–804. doi:10.1038/416803a. ISSN 0028-0836. PMID 11976666. S2CID 28341801.
  22. ^ Quentin G. Bailey, APS Point, Physical 2, 58(2009)에 의한 원자와의 상대성 위반 포착.
  23. ^ Coleman, Sidney; Glashow, Sheldon L. (1999-04-28). "High-energy tests of Lorentz invariance". 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. ^ Kostelecký, V. Alan; Mewes, Matthew (2009-07-29). "Electrodynamics with Lorentz-violating operators of arbitrary dimension". 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 Kostelecký, V. Alan; Tasson, Jay D. (2009-01-05). "Prospects for Large Relativity Violations in Matter-Gravity Couplings". Physical Review Letters. 102 (1): 010402. arXiv:0810.1459. Bibcode:2009PhRvL.102a0402K. doi:10.1103/physrevlett.102.010402. ISSN 0031-9007. PMID 19257171. S2CID 15236830.
  26. ^ Kostelecký, V. Alan; Lehnert, Ralf (2001-02-13). "Stability, causality, and Lorentz and CPT violation". 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. ^ Bluhm, Robert; Kostelecký, V. Alan (2005-03-22). "Spontaneous Lorentz violation, Nambu-Goldstone modes, and gravity". 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. ^ Kostelecký, V. Alan; Potting, Robertus (2009-03-19). "Gravity from spontaneous Lorentz violation". Physical Review D. 79 (6): 065018. arXiv:0901.0662. Bibcode:2009PhRvD..79f5018K. doi:10.1103/physrevd.79.065018. ISSN 1550-7998. S2CID 119229843.
  29. ^ V.A. 코스텔렉과 R.화분, 국지적 로렌츠 위반으로 인한 중력, General. Rel. Grav. 37, 1675 (2005)
  30. ^ N. Arkani-Hamed, H.C. Cheng, M.루티와 J.탈러, 자연 로렌츠 위반의 유니버설 다이내믹스 및 새로운 스핀 의존형 역제곱 법칙력, JHEP 0507, 029(2005)
  31. ^ 2009년 1월 13일 물리세계 선정에서 통일은 무르익을 것이다.
  32. ^ 2009년 9월 14일, Physical World의 Hamish Johnston에 의한 Michelson-Morley 실험은 지금까지도 최고입니다.
  33. ^ 중성미자: Marcus Chown, New Scientist Magazine 제2615호, 2007년 8월 1일 모든 것의 이론의 열쇠.
  34. ^ 아인슈타인의 상대성이론은 중성미자 테스트에서 살아남았다, 인디애나 대학 뉴스룸, 2008년 10월 15일.
  35. ^ 상대성 위반은 2005년 6월 21일 천문학 잡지 프란시스 레디에 의해 밝혀질지도 모른다.
  36. ^ 반물질과 물질은 서로 다른 성질을 가질 수 있습니다. 2005-11-08년 인디애나 대학 뉴스룸의 웨이백 머신에 보관되어 있습니다.
  37. ^ 로렌츠 대칭은 온전하게 유지되고 있습니다.물리학 월드, 2003년 2월 25일.
  38. ^ Kostelecký, V. Alan; Russell, Neil (2011-03-10). "Data tables for Lorentz and CPT violation". Reviews of Modern Physics. 83 (1): 11–31. arXiv:0801.0287. Bibcode:2011RvMP...83...11K. doi:10.1103/revmodphys.83.11. ISSN 0034-6861. S2CID 3236027.

외부 링크