Войти
Расширение стандартной модели (SME) - это эффективная теория поля, содержащая Стандартная модель, общая теория относительности и все возможные операторы, нарушающие симметрию Лоренца. Нарушения этой фундаментальной симметрии можно изучать в рамках этой общей структуры. Нарушение CPT подразумевает нарушение симметрии Лоренца, а SME включает в себя операторы, которые как нарушают, так и сохраняют CPT-симметрию.
В 1989 году Алан Костелецки и Стюарт Сэмюэл доказал, что взаимодействия в теориях струн могут приводить к спонтанному нарушению лоренцевой симметрии.
Более поздние исследования показали, что петлевая квантовая гравитация, некоммутативные теории поля, Сценарии мира на бране и модели случайной динамики также предполагают нарушение лоренц-инвариантности.
За последние десятилетия интерес к нарушению лоренцевой природы быстро вырос, поскольку 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. Эта работа предполагает, что эксперименты с каон интерферометрией будут многообещающими 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. Хотя лоренц-нарушающие взаимодействия мотивируются такими конструкциями, как теория струн, низкоэнергетическое эффективное действие, проявляющееся 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 планковского масштаба, и в принципе их можно измерить в экспериментах. В первом случае рассматривалось смешивание нейтральных мезонов, поскольку их интерферометрическая природа делает их очень чувствительными к подавленным эффектам.
В 1997 и 1998 годах две статьи Дона Колладея и Алана Костелецкого породили минимальный SME в плоском пространстве-времени. Это обеспечило основу для нарушения Лоренца во всем спектре частиц стандартной модели и предоставило информацию о типах сигналов для потенциальных новых экспериментальных поисков.
В 2004 году были опубликованы основные нарушающие Лоренца члены в искривленном пространстве-времени: тем самым завершая картину для минимального SME. В 1999 г. Сидни Коулман и Шелдон Глэшоу представили особый изотропный предел SME. Термины, нарушающие лоренц-нарушение высшего порядка, изучались в различных контекстах, включая электродинамику.
Различие между преобразованиями частицы и наблюдателя важно для понимания нарушения Лоренца в физике поскольку нарушение Лоренца подразумевает измеримую разницу между двумя системами, различающимися только частицей преобразование Лоренца.
В специальной теории относительности наблюдатель преобразования Лоренца связывают измерения, выполненные в системах отсчета с разными скорости и ориентации. Координаты в одной системе связаны с координатами в другой наблюдателем преобразованием Лоренца - поворотом, ускорением или комбинацией 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 a преобразования наблюдателя и частицы могут быть связаны друг с другом простым способом - в основном одно является обратным для другого. 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. Трансформируются частицы, фоновые поля остаются неизменными, и возможны измеримые эффекты. Симметрия наблюдателя Лоренца ожидается для всех теорий, в том числе и с нарушением Лоренца, поскольку изменение координат не может повлиять на физику. 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.
SME можно выразить как лагранжиан с различными терминами. Каждый член, нарушающий лоренц-нарушение, представляет собой скаляр наблюдателя, построенный путем сжатия стандартных полевых операторов с управляющими коэффициентами. 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 они подходят. В некоторых случаях 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. Стабильность и причинность теории были подробно изучены.
В теории поля есть два возможных способа реализации нарушения 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 тензоры энергии-импульса и спиновой плотности, тогда как спонтанное нарушение Лоренца позволяет избежать этой трудности. Эта теорема требует, чтобы любое нарушение лоренцевой симметрии было динамическим. Формальные исследования возможных причин нарушения лоренцевой симметрии включают исследования судьбы ожидаемых мод Намбу-Голдстоуна. Теорема Голдстоуна предполагает, что спонтанное разрушение должно сопровождаться безмассовыми бозонами. Эти моды можно отождествить с фотоном, гравитоном, спин-зависимыми взаимодействиями и спин-независимыми взаимодействиями.
возможные сигналы нарушения Лоренца в любом эксперименте могут быть рассчитаны с помощью SME. 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 разными для разных инерциальных систем отсчета, стандартным кадром, принятым для представления результатов, является кадр с центром в Солнце. Эта рамка является практичным и подходящим выбором, поскольку она доступна и инерционна в масштабе времени в сотни лет.
Типичные эксперименты ищут связи между фоновыми полями и различными свойствами частиц, такими как вращение 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 к годовым и сидерическим вариациям измеренных коэффициентов нарушения Лоренца. Поскольку поступательное движение Земли вокруг Солнца является нерелятивистским, годовые вариации обычно подавляются в 10 раз. Это делает сидерические вариации основным зависящим от времени эффектом, который следует искать в экспериментальных данных.
Измерения коэффициентов SME. были выполнены эксперименты, включающие:
Все экспериментальные результаты для коэффициентов SME сведены в таблицы данных для нарушений Лоренца и CPT.
