Moderna sökningar efter Lorentz kränkning

Se även: Tester av speciell relativitet
Mätningar på ljus från gammastrålning visar att ljusets hastighet inte varierar med energin

Moderna sökningar efter Lorentz kränkning är vetenskapliga studier som letar efter avvikelser från Lorentz invarians eller symmetri, en uppsättning grundläggande ramverk som stöder modern vetenskap och grundläggande fysik i synnerhet. Dessa studier försöker avgöra om kränkningar eller undantag kan finnas för välkända fysiska lagar som speciell relativitet och CPT-symmetri , som förutspåtts av vissa variationer av kvantgravitation , strängteori och några alternativ till allmän relativitet .

Lorentz kränkningar gäller de grundläggande förutsägelserna av speciell relativitet, såsom relativitetsprincipen , ljusets hastighets konstanthet i alla tröghetsreferensramar och tidsutvidgning , såväl som förutsägelserna av standardmodellen för partikelfysik . För att bedöma och förutsäga möjliga överträdelser testteorier om speciell relativitet och effektiva fältteorier (EFT) såsom Standard-Model Extension (SME) uppfunnits. Dessa modeller introducerar Lorentz- och CPT-överträdelser genom spontana symmetribrott orsakade av hypotetiska bakgrundsfält, vilket resulterar i någon sorts föredragna rameffekter . Detta kan till exempel leda till modifieringar av spridningsrelationen, vilket orsakar skillnader mellan materiens maximalt uppnåbara hastighet och ljusets hastighet.

Både terrestra och astronomiska experiment har genomförts och nya experimentella tekniker har införts. Inga Lorentz-överträdelser har mätts hittills, och undantag där positiva resultat rapporterats har motbevisats eller saknar ytterligare bekräftelser. För diskussioner om många experiment, se Mattingly (2005). För en detaljerad lista över resultat från senaste experimentella sökningar, se Kostelecký och Russell (2008–2013). Se Liberati (2013) för en ny översikt och historia av Lorentz-överträdande modeller.

Bedömning av Lorentz invariansöverträdelser

Tidiga modeller som bedömer möjligheten till små avvikelser från Lorentz-invarians har publicerats mellan 1960- och 1990-talen. Dessutom har en serie testteorier om speciell relativitet och effektiva fältteorier (EFT) för utvärdering och bedömning av många experiment utvecklats, inklusive:

Standard -Model Extension (SME) där Lorentz-överträdande effekter introduceras genom spontan symmetribrytning används dock för de flesta moderna analyser av experimentella resultat. Den introducerades av Kostelecký och kollegor 1997 och de följande åren, och innehåller alla möjliga Lorentz- och CPT-överträdande koefficienter som inte bryter mot gaugesymmetri . Det inkluderar inte bara speciell relativitetsteori, utan standardmodellen och allmän relativitetsteori också. Modeller vars parametrar kan relateras till SME och därmed kan ses som specialfall av det, inkluderar de äldre RMS- och c 2 -modellerna, Coleman - Glashow -modellen som begränsar SME-koefficienterna till dimension 4-operatorer och rotationsinvarians, och Gambini - Pullin modell eller Myers-Pospelov-modellen motsvarande dimension 5 eller högre operatörer av små och medelstora företag.

Ljusets hastighet

Markbundna

, mestadels med optiska resonatorer eller i partikelacceleratorer, genom vilka avvikelser från ljushastighetens isotropi testas. Anisotropiparametrar ges till exempel av Robertson-Mansouri-Sexl testteorin (RMS). Detta möjliggör åtskillnad mellan relevant orientering och hastighetsberoende parametrar. I moderna varianter av Michelson-Morley-experimentet analyseras ljushastighetens beroende av apparatens orientering och förhållandet mellan longitudinella och tvärgående längder av kroppar i rörelse. Även moderna varianter av Kennedy–Thorndike-experimentet , genom vilka ljushastighetens beroende av apparatens hastighet och förhållandet mellan tidsdilatation och längdkontraktion analyseras, har genomförts; den nyligen uppnådda gränsen för Kennedy-Thorndike-testet ger 7 10 −12 . Den nuvarande precisionen, genom vilken en anisotropi av ljusets hastighet kan uteslutas, är på 10-17 nivån . Detta är relaterat till den relativa hastigheten mellan solsystemet och viloramen för den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen på ~368 km/s (se även Resonator Michelson–Morley-experiment ).

Dessutom kan Standard-Model Extension (SME) användas för att erhålla ett större antal isotropikoefficienter i fotonsektorn. Den använder koefficienterna för jämn och udda paritet (3×3 matriser) κ och . De kan tolkas enligt följande: representerar anisotropa förskjutningar i ljusets tvåvägs (framåt och bakåt) hastighet, representerar anisotropa skillnader i enkelriktad hastighet för motriktade strålar längs en axel, och representerar isotropa (orienteringsoberoende) förskjutningar i ljusets envägsfashastighet. Det visades att sådana variationer i ljusets hastighet kan avlägsnas genom lämpliga koordinattransformationer och fältomdefinieringar, även om motsvarande Lorentz-överträdelser inte kan tas bort, eftersom sådana omdefinitioner endast överför dessa överträdelser från fotonsektorn till materiesektorn för SME. Medan vanliga symmetriska optiska resonatorer är lämpliga för att testa jämna paritetseffekter och endast ger små begränsningar för udda paritetseffekter, har även asymmetriska resonatorer byggts för detektering av udda paritetseffekter. För ytterligare koefficienter i fotonsektorn som leder till dubbelbrytning av ljus i vakuum, som inte kan omdefinieras som de andra fotoneffekterna, se § Vakuumdubbelbrytning .

En annan typ av test av den relaterade envägsljushastighetsisotropin i kombination med elektronsektorn hos SME utfördes av Bocquet et al. (2010). De sökte efter fluktuationer i fotonernas 3- momentum under jordens rotation, genom att mäta Compton-spridningen av ultrarelativistiska elektroner på monokromatiska laserfotoner inom ramen för den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, som ursprungligen föreslogs av Vahe Gurzadyan och Amur Margarian (för detaljer om att 'Compton Edge' metod och analys se, diskussion t.ex.).

Författare År RMS SME
Orientering Hastighet
Michimura et al. 2013 (0,7±1) × 10 −14 (−0,4±0,9) × 10 −10
Baynes et al. 2012 (3±11) × 10 −10
Baynes et al. 2011 (0,7±1,4) × 10 −12 (3,4±6,2) × 10 −9
Hohensee et al. 2010 (0,8±0,6) × 10 −16 (−1,5±1,2) × 10 −12 (−1,50±0,74) × 10 −8
Bocquet et al. 2010 ≤1,6 × 10 −14
Herrmann et al. 2009 (4±8) × 10 −12 (−0,31±0,73) × 10 −17 (−0,14±0,78) × 10 −13
Eisele et al. 2009 (−1,6±6±1,2) × 10 −12 (0,0±1,0±0,3) × 10 −17 (1,5±1,5±0,2) × 10 −13
Tobar et al. 2009 (−4,8±3,7) × 10 −8
Tobar et al. 2009 (−0,3±3) × 10 −7
Müller et al. 2007 (7,7±4,0) × 10 −16 (1,7±2,0) × 10 −12
Carone et al. 2006 ≲3 × 10 −8
Stanwix et al. 2006 (9,4±8,1) × 10 −11 (−6,9±2,2) × 10 −16 (−0,9±2,6) × 10 −12
Herrmann et al. 2005 (−2,1±1,9) × 10 −10 (−3,1±2,5) × 10 −16 (−2,5±5,1) × 10 −12
Stanwix et al. 2005 (−0,9±2,0) × 10 −10 (−0,63±0,43) × 10 −15 (0,20±0,21) × 10 −11
Antonini et al. 2005 (+0,5±3±0,7) × 10 −10 (−2,0±0,2) × 10 −14
Wolf et al. 2004 (−5,7±2,3) × 10 −15 (−1,8±1,5) × 10 −11
Wolf et al. 2004 (+1,2±2,2) × 10 −9 (3,7±3,0) × 10 −7
Müller et al. 2003 (+2,2±1,5) × 10 −9 (1,7±2,6) × 10 −15 (14±14) × 10 −11
Lipa et al. 2003 (1,4±1,4) × 10 −13 ≤10 −9
Wolf et al. 2003 (+1,5±4,2) × 10 −9
Braxmaier et al. 2002 (1,9±2,1) × 10 −5
Hils och Hall 1990 6,6 × 10 −5
Brillet och Hall 1979 ≲5 × 10 −9 ≲10 −15

Solsystem

Förutom terrestra tester har även astrometriska tester med Lunar Laser Ranging (LLR), dvs. sändning av lasersignaler från jorden till månen och tillbaka, genomförts. De används vanligtvis för att testa allmän relativitet och utvärderas med hjälp av den parametriserade post-newtonska formalismen . Men eftersom dessa mätningar är baserade på antagandet att ljusets hastighet är konstant, kan de också användas som test av speciell relativitet genom att analysera potentiella avstånds- och omloppssvängningar. Till exempel Zoltán Lajos Bay och White (1981) de empiriska grunderna för Lorentz-gruppen och därmed speciell relativitet genom att analysera planetradarn och LLR-data.

Förutom de jordbundna Kennedy–Thorndike-experimenten som nämns ovan, Müller & Soffel (1995) och Müller et al. (1999) testade parametern RMS hastighetsberoende genom att söka efter onormala avståndssvängningar med hjälp av LLR. Eftersom tidsdilatation redan är bekräftad med hög precision, skulle ett positivt resultat bevisa att ljushastigheten beror på observatörens hastighet och längdkontraktion är riktningsberoende (som i de andra Kennedy–Thorndike-experimenten). Inga onormala avståndssvängningar har dock observerats, med en RMS-hastighetsberoendegräns på jämförbar med den av Hils och Hall (1990, se tabell ovan till höger).

Vakuumspridning

En annan effekt som ofta diskuteras i samband med kvantgravitation (QG) är möjligheten till spridning av ljus i vakuum ( dvs ljushastighetens beroende av fotonenergi), på grund av Lorentz-brytande spridningsrelationer . Denna effekt bör vara stark vid energinivåer som är jämförbara med eller över Planck-energin GeV, samtidigt som den är utomordentligt svaga på energier tillgängliga i laboratoriet eller observerade i astrofysiska föremål. I ett försök att observera ett svagt hastighetsberoende på energi, har ljus från avlägsna astrofysiska källor som gammastrålningskurar och avlägsna galaxer undersökts i många experiment. Speciellt Fermi-LAT- gruppen kunde visa att inget energiberoende och därmed ingen observerbar Lorentz-kränkning inträffar i fotonsektorn även bortom Planck-energin, vilket utesluter en stor klass av Lorentz-överträdande kvantgravitationsmodeller.

namn År QG Bounds (GeV)
95 % CL 99% CL
Vasileiou et al. 2013 >7,6 × E Pl
Nemiroff et al. 2012 >525 × E Pl
Fermi-LAT-GBM 2009 >3,42 × E Pl >1,19 × E Pl
HESS 2008 ≥7,2 × 10 17
MAGI 2007 ≥0,21 × 10 18
Ellis et al. 2007 ≥1,4 × 10 16
Lamon et al. 2007 ≥3,2 × 10 11
Martinez et al. 2006 ≥0,66 × 10 17
Boggs et al. 2004 ≥1,8 × 10 17
Ellis et al. 2003 ≥6,9 × 10 15
Ellis et al. 2000 ≥10 15
Kaaret 1999 >1,8 × 10 15
Schäfer 1999 ≥2,7 × 10 16
Biller 1999 >4 × 10 16

Vakuum dubbelbrytning

Lorentz bryter mot spridningsrelationer på grund av närvaron av ett anisotropt utrymme kan också leda till vakuumdubbelbrytning och paritetsöverträdelser . Till exempel polarisationsplanet för fotoner rotera på grund av hastighetsskillnader mellan vänster- och högerhänta fotoner. I synnerhet undersöks gammastrålning, galaktisk strålning och kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning . SME - koefficienterna och för Lorentz-överträdelse anges, 3 och 5 anger de använda massmåtten. Det senare motsvarar i Meyers och Pospelovs EFT med } Planckmassan .

namn År SME-gränser EFT bunden,
(GeV) (GeV −1 )
Götz et al. 2013 ≤5,9 × 10 −35 ≤3,4 × 10 −16
Toma et al. 2012 ≤1,4 × 10 −34 ≤8 × 10 −16
Laurent et al. 2011 ≤1,9 × 10 −33 ≤1,1 × 10 −14
Stecker 2011 ≤4,2 × 10 −34 ≤2,4 × 10 −15
Kostelecký et al. 2009 ≤1 × 10 −32 ≤9 × 10 −14
QUAD 2008 ≤2 × 10 −43
Kostelecký et al. 2008 =(2,3±5,4) × 10 −43
Maccione et al. 2008 ≤1,5 × 10 −28 ≤9 × 10 −10
Komatsu et al. 2008 =(1,2±2,2) × 10 −43
Kahniashvili et al. 2008 =(2,6±1,9) × 10 −43
Cabella et al. 2007 =(2,5±3,0) × 10 −43
Fan et al. 2007 ≤3,4 × 10 −26 ≤2 × 10 −7
Feng et al. 2006 =(6,0±4,0) × 10 −43
Gleiser et al. 2001 ≤8,7 × 10 −23 ≤4 × 10 −4
Carroll et al. 1990 ≤2 × 10 −42

Högsta möjliga hastighet

Tröskelbegränsningar

Lorentz-överträdelser kan leda till skillnader mellan ljusets hastighet och den begränsande eller maximala uppnåbara hastigheten (MAS) för varje partikel, medan hastigheterna i speciell relativitet bör vara desamma. En möjlighet är att undersöka annars förbjudna effekter vid tröskelenergi i samband med att partiklar har laddningsstruktur (protoner, elektroner, neutriner). Detta beror på att spridningsrelationen antas vara modifierad i Lorentz som bryter mot EFT- modeller som SME . Beroende på vilken av dessa partiklar som rör sig snabbare eller långsammare än ljusets hastighet, kan effekter som följande inträffa:

  • Foton sönderfall vid superluminal hastighet. Dessa (hypotetiska) högenergifotoner skulle snabbt sönderfalla till andra partiklar, vilket gör att högenergiljus inte kan spridas över långa avstånd. Så blotta existensen av högenergiljus från astronomiska källor begränsar möjliga avvikelser från den begränsande hastigheten.
  • Vakuum Cherenkov-strålning vid superluminal hastighet av alla partiklar (protoner, elektroner, neutriner) som har en laddningsstruktur. I detta fall kan emission av Bremsstrahlung ske, tills partikeln faller under tröskeln och subluminal hastighet nås igen. Detta liknar den kända Cherenkov-strålningen i media, där partiklarna rör sig snabbare än ljusets fashastighet i det mediet. Avvikelser från den begränsande hastigheten kan begränsas genom att observera högenergipartiklar från avlägsna astronomiska källor som når jorden.
  • Hastigheten för synkrotronstrålning skulle kunna modifieras om den begränsande hastigheten mellan laddade partiklar och fotoner är annorlunda.
  • Greisen -Zatsepin-Kuzmin-gränsen skulle kunna kringgås av Lorentz-överträdande effekter. De senaste mätningarna tyder dock på att denna gräns verkligen existerar.

Eftersom astronomiska mätningar också innehåller ytterligare antaganden – som de okända förhållandena vid emissionen eller längs den väg som partiklarna korsas, eller partiklarnas natur – ger terrestra mätningar resultat av större klarhet, även om gränserna är bredare (följande gränser) beskriv maximala avvikelser mellan ljusets hastighet och materiens begränsande hastighet):

namn År Gräns Partikel Plats
Fotonförfall Cherenkov Synkrotron GZK
Stecker 2014 ≤5 × 10 −21 Elektron Astronomisk
Stecker & Scully 2009 ≤4,5 × 10 −23 UHECR Astronomisk
Altschul 2009 ≤5 × 10 −15 Elektron Markbundna
Hohensee et al. 2009 ≤−5,8 × 10 −12 ≤1,2 × 10 −11 Elektron Markbundna
Bi et al. 2008 ≤3 × 10 −23 UHECR Astronomisk
Klinkhamer & Schreck 2008 ≤−9 × 10 −16 ≤6 × 10 −20 UHECR Astronomisk
Klinkhamer & Risse 2007 ≤2 × 10 −19 UHECR Astronomisk
Kaufhold et al. 2007 ≤10 −17 UHECR Astronomisk
Altschul 2005 ≤6 × 10 −20 Elektron Astronomisk
Gagnon et al. 2004 ≤−2 × 10 −21 ≤5 × 10 −24 UHECR Astronomisk
Jacobson et al. 2003 ≤−2 × 10 −16 ≤5 × 10 −20 Elektron Astronomisk
Coleman & Glashow 1997 ≤−1,5 × 10 −15 ≤5 × 10 −23 UHECR Astronomisk

Klockjämförelse och spinnkoppling

Genom denna typ av spektroskopiexperiment – ​​ibland även kallade Hughes–Drever-experiment – ​​testas kränkningar av Lorentz-invarians i interaktionen mellan protoner och neutroner genom att studera energinivåerna hos dessa nukleoner för att hitta anisotropier i deras frekvenser ("klockor") . Med hjälp av spinnpolariserade torsionsbalanser kan även anisotropier med avseende på elektroner undersökas. Metoder som används fokuserar mest på vektorspininteraktioner och tensorinteraktioner och beskrivs ofta i CPT udda/jämna SME-termer (särskilt parametrarna b μ och c μν ). Sådana experiment är för närvarande de mest känsliga terrestra, eftersom precisionen med vilken Lorentz-kränkningar kan uteslutas ligger på 10-33 GeV - nivån.

Dessa tester kan användas för att begränsa avvikelser mellan materiens maximalt uppnåbara hastighet och ljusets hastighet, särskilt med avseende på parametrarna c μν som också används i utvärderingarna av tröskeleffekterna som nämns ovan.

Författare År SME-gränser Parametrar
Proton Neutron Elektron
Allmendinger et al. 2013 <6,7 × 10 −34 b μ
Hohensee et al. 2013 (−9,0±11) × 10 −17 c μν
Peck et al. 2012 <4 × 10 −30 <3,7 × 10 -31 b μ
Smiciklas et al. 2011 (4,8±4,4) × 10 −32 c μν
Gemmel et al. 2010 <3,7 × 10 -32 b μ
Brown et al. 2010 <6 × 10 −32 <3,7 × 10 -33 b μ
Altarev et al. 2009 <2 × 10 −29 b μ
Heckel et al. 2008 (4,0±3,3) × 10 −31 b μ
Wolf et al. 2006 (−1,8±2,8) × 10 −25 c μν
Canè et al. 2004 (8,0±9,5) × 10 -32 b μ
Heckel et al. 2006 <5 × 10 −30 b μ
Humphrey et al. 2003 <2 × 10 −27 b μ
Hou et al. 2003 (1,8±5,3) × 10 −30 b μ
Phillips et al. 2001 <2 × 10 −27 b μ
Bear et al. 2000 (4,0±3,3) × 10 −31 b μ

Tidsutvidgning

De klassiska tidsdilatationsexperimenten som Ives–Stilwell-experimentet , Moessbauer-rotorexperimenten och tidsdilatationen av rörliga partiklar har förbättrats av moderniserad utrustning. Till exempel utvärderas Doppler-förskjutningen av litiumjoner som färdas med höga hastigheter genom att använda mättad spektroskopi i tunga jonlagringsringar . För mer information, se Moderna Ives–Stilwell-experiment .

Den aktuella precisionen med vilken tidsdilatation mäts (med RMS-testteorin) är på ~10 −8 nivån. Det visades att experiment av Ives-Stilwell-typ också är känsliga för den isotropiska ljushastighetskoefficienten Chou et al. (2010) lyckades till och med mäta en frekvensförskjutning på ~10 −16 på grund av tidsutvidgning, nämligen vid vardagshastigheter som 36 km/h.

Författare År Hastighet
Maximal avvikelse från tidsutvidgning
Fjärde ordningens RMS-gränser
Novotny et al. 2009 0,34c ≤1,3 × 10 −6 ≤1,2 × 10 −5
Reinhardt et al. 2007 0,064c ≤8,4 × 10 −8
Saathoff et al. 2003 0,064c ≤2,2 × 10 −7
Grieser et al. 1994 0,064c ≤1 × 10 −6 ≤2,7 × 10 −4

CPT och antimateria tester

Huvudartiklar: Antimateria-tester av Lorentz-kränkning och Experimentell testning av tidsdilatation § Tidsdilatation och CPT-symmetri

En annan grundläggande symmetri i naturen är CPT-symmetri . Det visades att CPT-överträdelser leder till Lorentz-överträdelser i kvantfältteorin (även om det finns icke-lokala undantag). CPT-symmetri kräver till exempel jämlikhet i massa och lika sönderfallshastigheter mellan materia och antimateria .

Moderna tester genom vilka CPT-symmetri har bekräftats utförs huvudsakligen i den neutrala mesonsektorn . I stora partikelacceleratorer har även direkta mätningar av massskillnader mellan topp- och antitoppkvarkar utförts.

Neutrala B-mesoner
Författare År
LHCb 2016
BaBar 2016
D0 2015
Belle 2012
Kostelecký et al. 2010
BaBar 2008
BaBar 2006
BaBar 2004
Belle 2003
Neutrala D-mesoner
Författare År
FOKUS 2003
Neutrala kaons
Författare År
KTeV 2011
KLOE 2006
CPLEAR 2003
KTeV 2003
NA31 1990
Topp- och antitoppkvarkar
Författare År
CDF 2012
CMS 2012
D0 2011
CDF 2011
D0 2009

Med hjälp av små och medelstora företag kan även ytterligare konsekvenser av CPT-överträdelse i den neutrala mesonsektorn formuleras. Andra SME-relaterade CPT-tester har också utförts:

  • Med hjälp av Penning-fällor i vilka individuella laddade partiklar och deras motsvarigheter fångas, har Gabrielse et al. (1999) undersökte cyklotronfrekvenser i proton - antiprotonmätningar och kunde inte hitta någon avvikelse ner till 9·10 −11 .
  • Hans Dehmelt et al. testade anomalifrekvensen, som spelar en grundläggande roll i mätningen av elektronens gyromagnetiska förhållande . De sökte efter sideriska variationer och skillnader mellan elektroner och positroner också. Så småningom hittade de inga avvikelser, och fastställde därmed gränser på 10 −24 GeV.
  • Hughes et al. (2001) undersökte myoner för sideriska signaler i spektrumet av myoner och fann ingen Lorentz-överträdelse ner till 10 -23 GeV.
  • "Muon g-2"-samarbetet från Brookhaven National Laboratory sökte efter avvikelser i anomalifrekvensen för myoner och anti-myoner, och efter sideriska variationer under beaktande av jordens orientering. Även här kunde inga Lorentz-överträdelser hittas, med en precision på 10 −24 GeV.

Andra partiklar och interaktioner

Tredje generationens partiklar har undersökts för potentiella Lorentz-överträdelser med hjälp av små och medelstora företag. Till exempel satte Altschul (2007) övre gränser för Lorentz brott mot tau på 10 −8 genom att söka efter onormal absorption av astrofysisk strålning med hög energi. I BaBar-experimentet (2007), D0-experimentet (2015) och LHCb-experimentet (2016) har sökningar gjorts efter sideriska variationer under jordens rotation med hjälp av B-mesoner (alltså bottenkvarkar ) och deras antipartiklar. Ingen Lorentz- och CPT-överträdande signal hittades med övre gränser i intervallet 10 −15 − 10 −14 GeV. Även toppkvarkpar har undersökts i D0-experimentet (2012). De visade att tvärsnittsproduktionen av dessa par inte beror på siderisk tid under jordens rotation.

Lorentz kränkningsgränser för Bhabha-spridning har getts av Charneski et al . (2012). De visade att differentiella tvärsnitt för vektor- och axiella kopplingar i QED blir riktningsberoende i närvaro av Lorentz-överträdelse. De hittade ingen indikation på en sådan effekt, och satte övre gränser för Lorentz-överträdelser på .

Gravitation

Inverkan av Lorentz-kränkning på gravitationsfält och därmed generell relativitet analyserades också. Standardramverket för sådana undersökningar är Parameterized post-Newtonian formalism (PPN), där Lorentz bryter mot föredragna rameffekter beskrivs av parametrarna (se PPN -artikeln om observationsgränser för dessa parametrar). Lorentz-kränkningar diskuteras också i relation till Alternativ till allmän relativitet som Loop quantum gravity , Emergent gravity , Einsteins eterteori eller Hořava–Lifshitz gravitation .

Även små och medelstora företag är lämpliga att analysera Lorentz kränkningar inom gravitationssektorn. Bailey och Kostelecky (2006) begränsade Lorentz-överträdelser till genom att analysera perihelionförskjutningarna av Merkurius och Jorden, och ner till i förhållande till solspinnprecession. Battat et al . (2007) undersökte Lunar Laser Ranging-data och fann inga oscillerande störningar i månens omloppsbana. Deras starkaste SME-gräns exklusive Lorentz-överträdelse var . Iorio (2012) erhöll gränser på genom att undersöka kepleriska orbitala element i en testpartikel som påverkas av Lorentz-brytande gravitomagnetiska accelerationer. Xie (2012) analyserade framstegen för periastron av binära pulsarer och satte gränser för Lorentz-överträdelser på nivån.

Neutrinotester

Neutrinoscillationer

Huvudartikel: Lorentz-överträdande neutrinoscillationer

Även om neutrinoscillationer har bekräftats experimentellt, är de teoretiska grunderna fortfarande kontroversiella, eftersom det kan ses i diskussionen om sterila neutriner . Detta gör förutsägelser om eventuella Lorentz-kränkningar mycket komplicerade. Det antas allmänt att neutrinoscillationer kräver en viss finit massa. Men svängningar kan också uppstå som en konsekvens av Lorentz-överträdelser, så det finns spekulationer om hur mycket dessa överträdelser bidrar till neutrinernas massa.

Dessutom har en serie undersökningar publicerats där ett sideriskt beroende av förekomsten av neutrinoscillationer testades, vilket kunde uppstå när det fanns ett föredraget bakgrundsfält. Detta, eventuella CPT-överträdelser och andra koefficienter för Lorentz-överträdelser inom ramen för SME, har testats. Här anges några av de uppnådda GeV-gränserna för giltigheten av Lorentz-invarians:

namn År SME-gränser (GeV)
Dubbel Chooz 2012 ≤10 −20
MINOS 2012 ≤10 −23
MiniBooNE 2012 ≤10 −20
IceCube 2010 ≤10 −23
MINOS 2010 ≤10 −23
MINOS 2008 ≤10 −20
LSND 2005 ≤10 −19

Neutrinohastighet

Sedan upptäckten av neutrinoscillationer antas det att deras hastighet är något under ljusets hastighet. Direkta hastighetsmätningar indikerade en övre gräns för relativa hastighetsskillnader mellan ljus och neutriner av se mätningar av neutrinohastighet .

Även indirekta begränsningar för neutrinohastighet, på basis av effektiva fältteorier som SME, kan uppnås genom att söka efter tröskeleffekter som Vacuum Cherenkov-strålning. Till exempel bör neutriner uppvisa Bremsstrahlung i form av elektron- positronparproduktion . En annan möjlighet inom samma ram är undersökningen av pioners förfall till myoner och neutriner. Superluminala neutriner skulle avsevärt försena dessa förfallsprocesser. Frånvaron av dessa effekter indikerar snäva gränser för hastighetsskillnader mellan ljus och neutriner.

Hastighetsskillnader mellan neutrinosmaker kan också begränsas. En jämförelse mellan myon- och elektronneutriner av Coleman & Glashow (1998) gav ett negativt resultat, med gränser <6 × 10 −22 .

namn År Energi SME gränsar för (v − c)/c
Vakuum Cherenkov Pion förfall
Stecker et al. 2014 1 PeV <5,6 × 10 −19
Borriello et al. 2013 1 PeV 10 −18
Cowsik et al. 2012 100 TeV 10 −13
Huo et al. 2012 400 TeV <7,8 × 10 −12
ICARUS 2011 17 GeV <2,5 × 10 −8
Cowsik et al. 2011 400 TeV 10 −12
Bi et al. 2011 400 TeV 10 −12
Cohen/Glashow 2011 100 TeV <1,7 × 10 −11

Rapporter om påstådda Lorentz-kränkningar

Öppna rapporter

LSND, MiniBooNE

2001 observerade LSND- experimentet ett 3,8σ överskott av antineutrino-interaktioner i neutrinoscillationer, vilket motsäger standardmodellen. De första resultaten av det nyare MiniBooNE- experimentet verkade utesluta dessa data över en energiskala på 450 MeV, men de hade kontrollerat neutrinointeraktioner, inte antineutrino. Under 2008 rapporterade de dock ett överskott av elektronliknande neutrinohändelser mellan 200 och 475 MeV. Och 2010, när det utfördes med antineutrinos (som i LSND), överensstämde resultatet med LSND-resultatet, det vill säga ett överskott på energiskalan från 450 till 1250 MeV observerades. Huruvida dessa anomalier kan förklaras av sterila neutriner , eller om de indikerar Lorentz-kränkningar, diskuteras fortfarande och är föremål för ytterligare teoretiska och experimentella undersökningar.

Lösta rapporter

År 2011 publicerade OPERA Collaboration (i ett icke-refererande granskat arXiv preprint) resultaten av neutrinomätningar, enligt vilka neutrinon färdades något snabbare än ljuset . Neutrinonen kom tydligen tidigt med ~60 ns. Standardavvikelsen var 6σ, klart över den 5σ-gräns som krävs för ett signifikant resultat . Men 2012 konstaterades att detta resultat berodde på mätfel. Resultatet överensstämde med ljusets hastighet; se Snabbare än ljus neutrinoanomali .

2010 rapporterade MINOS skillnader mellan försvinnandet (och därmed massorna) av neutriner och antineutriner på 2,3 sigma-nivån. Detta skulle bryta mot CPT-symmetri och Lorentz-symmetri. Men 2011 uppdaterade MINOS sina antineutrino-resultat; efter att ha utvärderat ytterligare data rapporterade de att skillnaden inte är så stor som man först trodde. 2012 publicerade de en tidning där de rapporterade att skillnaden nu är borttagen.

År 2007 publicerade MAGIC Collaboration en artikel, där de hävdade ett möjligt energiberoende av hastigheten hos fotoner från galaxen Markarian 501 . De medgav att även en möjlig energiberoende emissionseffekt kunde ha orsakat detta resultat. Men MAGIC-resultatet ersattes av de betydligt mer exakta mätningarna av Fermi-LAT-gruppen, som inte kunde hitta någon effekt ens utöver Planck- energin . För detaljer, se avsnittet Dispersion .

1997 hävdade Nodland & Ralston att de hade hittat en rotation av polarisationsplanet för ljus som kommer från avlägsna radiogalaxer . Detta skulle indikera en anisotropi av rymden. Detta väckte ett visst intresse i media. Emellertid dök det genast upp en del kritik, som ifrågasatte tolkningen av uppgifterna och som anspelade på fel i publiceringen. Nyare studier har inte funnit några bevis för denna effekt (se avsnittet om dubbelbrytning ).

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Modern_searches_for_Lorentz_violation&oldid=1118245223 "