Rozszerzenie modelu standardowego

Rozszerzenie Modelu Standardowego (SME) to efektywna teoria pola , która zawiera Model Standardowy , ogólną teorię względności i wszystkie możliwe operatory, które łamią symetrię Lorentza . Naruszenia tej fundamentalnej symetrii można badać w ramach tych ogólnych ram. Naruszenie CPT oznacza złamanie symetrii Lorentza, a SME obejmuje operatory, które zarówno łamią, jak i zachowują symetrię CPT .

Rozwój

W 1989 roku Alan Kostelecký i Stuart Samuel udowodnili, że interakcje w teorii strun mogą prowadzić do spontanicznego złamania symetrii Lorentza. Późniejsze badania wykazały, że grawitacja pętlowo-kwantowa, nieprzemienne teorie pola, scenariusze świata bran i modele dynamiki losowej również obejmują załamanie niezmienności Lorentza . Zainteresowanie łamaniem Lorentza gwałtownie wzrosło w ostatnich dziesięcioleciach, ponieważ może pojawić się w tych i innych kandydujących teoriach grawitacji kwantowej . Na początku lat 90. pokazano to w kontekście superstrun bozonowych że interakcje strun mogą również spontanicznie łamać symetrię CPT . Ta praca sugeruje, że eksperymenty z kaonową byłyby obiecujące w poszukiwaniu możliwych sygnałów naruszenia CPT ze względu na ich wysoką czułość.

SME został stworzony w celu ułatwienia eksperymentalnych badań symetrii Lorentza i CPT , biorąc pod uwagę teoretyczną motywację naruszenia tych symetrii. Pierwszym krokiem w 1995 roku było wprowadzenie efektywnych interakcji. Chociaż interakcje łamiące Lorentza są motywowane przez konstrukcje takie jak teoria strun , efektywne działanie niskoenergetyczne pojawiające się w SME jest niezależne od leżącej u ich podstaw teorii. Każdy termin w efektywnej teorii obejmuje oczekiwanie pola tensorowego w podstawowej teorii. tłumienie w skali Plancka , iw zasadzie są mierzalne w eksperymentach. Pierwszy przypadek dotyczył mieszania neutralnych mezonów, ponieważ ich interferometryczny charakter sprawia, że ​​są one bardzo wrażliwe na efekty stłumione.

W 1997 i 1998 roku dwie prace Dona Colladay i Alana Kostelecky dały początek minimalnemu SME w płaskiej czasoprzestrzeni . Zapewniło to ramy dla łamania Lorentza w całym spektrum cząstek modelu standardowego i dostarczyło informacji o typach sygnałów dla potencjalnych nowych poszukiwań eksperymentalnych.

W 2004 roku opublikowano wiodące terminy przełamujące Lorentza w zakrzywionych czasoprzestrzeniach, uzupełniając w ten sposób obraz minimalnego SME. W 1999 roku Sidney Coleman i Sheldon Glashow przedstawili specjalną izotropową granicę SME. Terminy naruszające Lorentza wyższego rzędu były badane w różnych kontekstach, w tym w elektrodynamice.

Transformacje Lorentza: obserwator vs. cząstka

Główny artykuł: Aktywna i pasywna transformacja

Rozróżnienie między transformacjami cząstek i obserwatorów jest niezbędne do zrozumienia łamania Lorentza w fizyce, ponieważ łamanie Lorentza implikuje mierzalną różnicę między dwoma systemami różniącymi się tylko cząsteczkową transformacją Lorentza .

W szczególnej teorii względności obserwator transformacje Lorentza dotyczą pomiarów wykonanych w układach odniesienia o różnych prędkościach i orientacjach. Współrzędne w jednym systemie są powiązane ze współrzędnymi w drugim za pomocą transformacji Lorentza obserwatora — obrotu, wzmocnienia lub kombinacji obu. Każdy obserwator zgodzi się co do praw fizyki , ponieważ ta transformacja jest po prostu zmianą współrzędnych . Z drugiej strony identyczne eksperymenty mogą być obracane lub wzmacniane względem siebie, podczas gdy są badane przez tego samego obserwatora bezwładnościowego. Transformacje te nazywane są transformacjami cząstek, ponieważ materia i pola eksperymentu są fizycznie przekształcane w nową konfigurację.

W konwencjonalnej próżni transformacje obserwatora i cząstki można ze sobą powiązać w prosty sposób — w zasadzie jedno jest odwrotnością drugiego. Ta pozorna równoważność jest często wyrażana za pomocą terminologii przemian aktywnych i pasywnych. Równoważność zawodzi jednak w teoriach naruszających Lorentza, ponieważ stałe pola tła są źródłem łamania symetrii. Te pola tła są wielkościami podobnymi do tensorów, tworzącymi preferowane kierunki i efekty zależne od wzmocnienia. Pola rozciągają się na całą przestrzeń i czas i są zasadniczo zamrożone. Gdy eksperyment wrażliwy na jedno z pól tła zostanie obrócony lub wzmocniony, tj. przekształcony w cząstki, pola tła pozostają niezmienione i możliwe są wymierne efekty. Symetria Lorentza obserwatora jest oczekiwana dla wszystkich teorii, w tym łamiących Lorentza, ponieważ zmiana współrzędnych nie może wpływać na fizykę [ wymagane wyjaśnienie ] . Ta niezmienniczość jest realizowana w teoriach pola poprzez zapisanie skalarnego lagrangianu z odpowiednio skróconymi indeksami czasoprzestrzennymi. Łamanie cząstek Lorentza wchodzi, jeśli teoria obejmuje stałe pola tła SME wypełniające wszechświat.

Budowanie MŚP

SME można wyrazić jako Lagrange'a za pomocą różnych terminów. Każdy termin łamiący Lorentza jest skalarem obserwatora skonstruowanym przez kontraktowanie standardowych operatorów pola ze współczynnikami kontrolnymi zwanymi współczynnikami łamania Lorentza. Nie są to parametry, ale raczej przewidywania teorii, ponieważ w zasadzie można je zmierzyć za pomocą odpowiednich eksperymentów. Oczekuje się, że współczynniki będą małe ze względu na tłumienie w skali Plancka, więc odpowiednie są metody perturbacyjne. W niektórych przypadkach [ które? ] , inne mechanizmy tłumienia mogą maskować duże naruszenia Lorentza. Na przykład duże naruszenia, które mogą występować w grawitacji, mogły pozostać niewykryte do tej pory z powodu sprzężeń ze słabymi polami grawitacyjnymi. Stabilność i przyczynowość teorii zostały szczegółowo zbadane.

Spontaniczne złamanie symetrii Lorentza

W teorii pola istnieją dwa możliwe sposoby realizacji łamania symetrii: jawny i spontaniczny. Kluczowym wynikiem formalnej teorii łamania Lorentza, opublikowanej przez Kostelecky'ego w 2004 r., Jest to, że jawne naruszenie Lorentza prowadzi do niezgodności tożsamości Bianchiego z kowariantnymi prawami zachowania dla tensorów energii – pędu i gęstości spinu , podczas gdy spontaniczne łamanie Lorentza wymyka się ta trudność. To twierdzenie wymaga [ potrzebne wyjaśnienie ] że każde złamanie symetrii Lorentza musi być dynamiczne. Formalne badania możliwych przyczyn załamania symetrii Lorentza obejmują badania losów oczekiwanych modów Nambu – Goldstone'a. Z twierdzenia Goldstone'a wynika, że ​​spontanicznemu pękaniu muszą towarzyszyć bezmasowe bozony . Mody te można utożsamiać z fotonem , grawitonem , oddziaływaniami zależnymi od spinu i oddziaływaniami niezależnymi od spinu.

Wyszukiwania eksperymentalne

Możliwe sygnały naruszenia Lorentza w dowolnym eksperymencie można obliczyć na podstawie SME. W związku z tym okazał się niezwykłym narzędziem w poszukiwaniu łamania Lorentza w krajobrazie fizyki eksperymentalnej. Do tej pory wyniki eksperymentalne przyjmowały postać górnych granic współczynników SME. Ponieważ wyniki będą liczbowo różne dla różnych inercyjnych układów odniesienia, standardową ramką przyjętą do raportowania wyników jest ramka ze środkiem Słońca. Ta rama jest praktycznym i odpowiednim wyborem, ponieważ jest dostępna i inercyjna w skali czasu setek lat.

Typowe eksperymenty poszukują sprzężeń między polami tła a różnymi właściwościami cząstek, takimi jak spin lub kierunek propagacji. Jeden z kluczowych sygnałów naruszenia Lorentza pojawia się, ponieważ eksperymenty na Ziemi nieuchronnie obracają się i obracają względem układu wyśrodkowanego na Słońcu. Ruchy te prowadzą zarówno do rocznych, jak i gwiezdnych zmian zmierzonych współczynników łamania Lorentza. Ponieważ ruch translacyjny Ziemi wokół Słońca nie jest relatywistyczny, roczne wahania są zwykle tłumione o współczynnik 10-4 . To sprawia, że ​​zmiany gwiazdowe są wiodącym efektem zależnym od czasu, którego należy szukać w danych eksperymentalnych.

Pomiary współczynników SME przeprowadzono za pomocą eksperymentów obejmujących:

Wszystkie wyniki eksperymentalne dla współczynników SME są zestawione w tabelach danych dla naruszenia Lorentza i CPT.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Standard-Model_Extension&oldid=1107588605 ”