Pesquisas modernas de violação de Lorentz - Modern searches for Lorentz violation

Veja também: Testes de relatividade especial
As medições na luz de explosões de raios gama mostram que a velocidade da luz não varia com a energia

As pesquisas modernas de violação de Lorentz são estudos científicos que procuram desvios da invariância ou simetria de Lorentz , um conjunto de estruturas fundamentais que sustentam a ciência moderna e a física fundamental em particular. Esses estudos tentam determinar se podem existir violações ou exceções para leis físicas conhecidas , como a relatividade especial e a simetria CPT , conforme previsto por algumas variações da gravidade quântica , teoria das cordas e algumas alternativas à relatividade geral .

As violações de Lorentz dizem respeito às previsões fundamentais da relatividade especial, como o princípio da relatividade , a constância da velocidade da luz em todos os referenciais inerciais e a dilatação do tempo , bem como as previsões do modelo padrão da física de partículas . Para avaliar e prever possíveis violações, foram inventadas teorias de teste da relatividade especial e teorias de campo eficazes (EFT), como a Extensão do Modelo Padrão (SME). Esses modelos introduzem violações de Lorentz e CPT por meio de quebra espontânea de simetria causada por campos de fundo hipotéticos, resultando em algum tipo de efeito de quadro preferido . Isso poderia levar, por exemplo, a modificações na relação de dispersão , causando diferenças entre a velocidade máxima atingível da matéria e a velocidade da luz.

Experimentos terrestres e astronômicos foram realizados e novas técnicas experimentais foram introduzidas. Nenhuma violação de Lorentz foi medida até agora, e as exceções nas quais resultados positivos foram relatados foram refutadas ou carecem de confirmações adicionais. Para discussões de muitos experimentos, consulte Mattingly (2005). Para obter uma lista detalhada de resultados de pesquisas experimentais recentes, consulte Kostelecký e Russell (2008–2013). Para uma visão geral recente e a história dos modelos de violação de Lorentz, consulte Liberati (2013).

Avaliação de violações de invariância de Lorentz

Os primeiros modelos avaliando a possibilidade de pequenos desvios da invariância de Lorentz foram publicados entre os anos 1960 e 1990. Além disso, uma série de teorias de teste da relatividade especial e teorias de campo eficazes (EFT) para a avaliação e avaliação de muitos experimentos foram desenvolvidos, incluindo:

No entanto, a Extensão do Modelo Padrão (SME), na qual os efeitos de violação de Lorentz são introduzidos por quebra espontânea de simetria , é usada para a maioria das análises modernas de resultados experimentais. Foi introduzido por Kostelecký e colegas em 1997 e nos anos seguintes, contendo todos os coeficientes de violação possíveis de Lorentz e CPT que não violam a simetria de calibre . Inclui não apenas a relatividade especial, mas também o modelo padrão e a relatividade geral. Modelos cujos parâmetros podem estar relacionados ao SME e, portanto, podem ser vistos como casos especiais deste, incluem os modelos RMS e c 2 mais antigos , o modelo Coleman - Glashow que restringe os coeficientes SME a operadores de dimensão 4 e invariância de rotação, e o modelo Gambini - Pullin modelo ou o modelo Myers-Pospelov correspondente aos operadores de dimensão 5 ou superior de PME.

Velocidade da luz

Terrestre

Muitos experimentos terrestres foram conduzidos, principalmente com ressonadores ópticos ou em aceleradores de partículas, pelos quais os desvios da isotropia da velocidade da luz são testados. Os parâmetros de anisotropia são fornecidos, por exemplo, pela teoria do teste Robertson-Mansouri-Sexl (RMS). Isso permite a distinção entre a orientação relevante e os parâmetros dependentes da velocidade. Em variantes modernas do experimento de Michelson-Morley , a dependência da velocidade da luz na orientação do aparelho e a relação dos comprimentos longitudinais e transversais dos corpos em movimento é analisada. Também variantes modernas do experimento Kennedy-Thorndike , pelo qual a dependência da velocidade da luz na velocidade do aparelho e a relação entre a dilatação do tempo e a contração do comprimento é analisada, foram conduzidas; o limite alcançado recentemente para o teste Kennedy-Thorndike produz 7 10 −12 . A precisão atual, pela qual uma anisotropia da velocidade da luz pode ser excluída, está no nível 10-17 . Isso está relacionado à velocidade relativa entre o sistema solar e o quadro de repouso da radiação cósmica de fundo em microondas de ∼368 km / s (veja também os experimentos do Resonator Michelson-Morley ).

Além disso, o Standard-Model Extension (SME) pode ser usado para obter um maior número de coeficientes de isotropia no setor de fótons. Ele utiliza os coeficientes mesmo- e ímpar de paridade (3 × 3 matrizes) , e . Eles podem ser interpretados da seguinte forma: representam mudanças anisotrópicas na velocidade bidirecional (para frente e para trás) da luz, representam diferenças anisotrópicas na velocidade unidirecional de feixes de contrapropagação ao longo de um eixo e representam mudanças isotrópicas (independentes da orientação) em a velocidade de fase unilateral da luz. Foi mostrado que tais variações na velocidade da luz podem ser removidas por transformações de coordenadas adequadas e redefinições de campo, embora as violações de Lorentz correspondentes não possam ser removidas, porque tais redefinições apenas transferem essas violações do setor de fótons para o setor de matéria do SME. Enquanto os ressonadores ópticos simétricos comuns são adequados para testar efeitos de paridade par e fornecem apenas pequenas restrições aos efeitos de paridade ímpar, também os ressonadores assimétricos foram construídos para a detecção de efeitos de paridade ímpar. Para coeficientes adicionais no setor do fóton levando à birrefringência da luz no vácuo, que não pode ser redefinida como os outros efeitos do fóton, consulte § Birrefringência no vácuo .

Outro tipo de teste da isotropia de velocidade da luz unilateral relacionada em combinação com o setor de elétrons do SME foi conduzido por Bocquet et al. (2010). Eles procuraram por flutuações no momento 3 dos fótons durante a rotação da Terra, medindo o espalhamento Compton de elétrons ultrarelativísticos em fótons de laser monocromáticos no quadro da radiação cósmica de fundo em micro-ondas , como originalmente sugerido por Vahe Gurzadyan e Amur Margarian (para detalhes sobre que o método e análise 'Compton Edge' veja, discussão, por exemplo).

Autor Ano RMS SME
Orientação Velocidade
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 e Hall 1990 6,6 × 10 −5
Brillet e Hall 1979 ≲5 × 10 −9 ≲10 -15

Sistema solar

Além de testes terrestres, também foram realizados testes astrométricos usando Lunar Laser Ranging (LLR), ou seja , o envio de sinais de laser da Terra para a Lua e vice-versa. Eles são normalmente usados ​​para testar a relatividade geral e são avaliados usando o formalismo pós-newtoniano parametrizado . No entanto, como essas medições são baseadas na suposição de que a velocidade da luz é constante, elas também podem ser usadas como testes de relatividade especial, analisando a distância potencial e as oscilações da órbita. Por exemplo, Zoltán Lajos Bay e White (1981) demonstraram os fundamentos empíricos do grupo Lorentz e, portanto, da relatividade especial, analisando o radar planetário e os dados LLR.

Além dos experimentos terrestres Kennedy-Thorndike mencionados acima, Müller & Soffel (1995) e Müller et al. (1999) testaram o parâmetro de dependência da velocidade RMS procurando por oscilações de distância anômalas usando LLR. Visto que a dilatação do tempo já foi confirmada com alta precisão, um resultado positivo provaria que a velocidade da luz depende da velocidade do observador e a contração do comprimento é dependente da direção (como nos outros experimentos Kennedy-Thorndike). No entanto, nenhuma oscilação de distância anômala foi observada, com um limite de dependência da velocidade RMS de , comparável ao de Hils e Hall (1990, ver tabela acima à direita).

Dispersão a vácuo

Outro efeito frequentemente discutido em conexão com a gravidade quântica (QG) é a possibilidade de dispersão da luz no vácuo ( ou seja, a dependência da velocidade da luz na energia do fóton), devido às relações de dispersão que violam Lorentz . Este efeito deve ser forte em níveis de energia comparáveis ​​a, ou além da energia GeV de Planck , embora seja extraordinariamente fraco em energias acessíveis em laboratório ou observadas em objetos astrofísicos. Em uma tentativa de observar uma fraca dependência da velocidade com a energia, a luz de fontes astrofísicas distantes, como explosões de raios gama e galáxias distantes, foi examinada em muitos experimentos. Especialmente o grupo Fermi-LAT foi capaz de mostrar que nenhuma dependência de energia e, portanto, nenhuma violação de Lorentz observável ocorre no setor de fótons, mesmo além da energia de Planck, o que exclui uma grande classe de modelos de gravidade quântica que violam Lorentz.

Nome Ano Limites QG (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
MAGIA 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
Schaefer 1999 ≥2,7 × 10 16
Biller 1999 > 4 × 10 16

Birrefringência a vácuo

Lorentz violando as relações de dispersão devido à presença de um espaço anisotrópico também pode levar à birrefringência de vácuo e violações de paridade . Por exemplo, o plano de polarização dos fótons pode girar devido às diferenças de velocidade entre os fótons canhotos e destros. Em particular, explosões de raios gama, radiação galáctica e a radiação cósmica de fundo em micro-ondas são examinadas. Os coeficientes SME e para violação de Lorentz são dados, 3 e 5 denotam as dimensões de massa empregadas. Este último corresponde na EFT de Meyers e Pospelov por , sendo a massa de Planck.

Nome Ano Limites de PME EFT vinculado,
(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 ≤2,5 × 10 −43
Xia 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

Velocidade máxima atingível

Limites de restrição

As violações de Lorentz podem levar a diferenças entre a velocidade da luz e a velocidade limite ou máxima atingível (MAS) de qualquer partícula, enquanto na relatividade especial as velocidades deveriam ser as mesmas. Uma possibilidade é investigar os efeitos proibidos de outra forma na energia de limiar em conexão com partículas com uma estrutura de carga (prótons, elétrons, neutrinos). Isso ocorre porque a relação de dispersão é assumida como modificada em Lorentz violando modelos EFT , como SME . Dependendo de qual dessas partículas viaja mais rápido ou mais devagar do que a velocidade da luz, efeitos como os seguintes podem ocorrer:

  • Decadência de fótons em velocidade superluminal. Esses fótons (hipotéticos) de alta energia decairiam rapidamente em outras partículas, o que significa que a luz de alta energia não pode se propagar por longas distâncias. Portanto, a mera existência de luz de alta energia de fontes astronômicas restringe possíveis desvios da velocidade limite.
  • Radiação Cherenkov de vácuo à velocidade superluminal de qualquer partícula (prótons, elétrons, neutrinos) com uma estrutura de carga. Nesse caso, a emissão de Bremsstrahlung pode ocorrer, até que a partícula caia abaixo do limite e a velocidade subluminal seja alcançada novamente. Isso é semelhante à radiação Cherenkov conhecida na mídia, na qual as partículas viajam mais rápido do que a velocidade de fase da luz nesse meio. Os desvios da velocidade limite podem ser restringidos pela observação de partículas de alta energia de fontes astronômicas distantes que alcançam a Terra.
  • A taxa de radiação síncrotron pode ser modificada, se a velocidade limite entre as partículas carregadas e os fótons for diferente.
  • O limite Greisen-Zatsepin-Kuzmin poderia ser evitado pelos efeitos de violação de Lorentz. No entanto, medições recentes indicam que esse limite realmente existe.

Uma vez que as medições astronômicas também contêm suposições adicionais - como as condições desconhecidas na emissão ou ao longo do caminho percorrido pelas partículas, ou a natureza das partículas -, as medições terrestres fornecem resultados de maior clareza, mesmo que os limites sejam mais amplos (os seguintes limites descrever os desvios máximos entre a velocidade da luz e a velocidade limite da matéria):

Nome Ano Limites Partícula Localização
Decadência de fótons Cherenkov Síncrotron GZK
Stecker 2014 ≤5 × 10 - 21 Elétron Astronômico
Stecker e Scully 2009 ≤4,5 × 10 - 23 UHECR Astronômico
Altschul 2009 ≤5 × 10 - 15 Elétron Terrestre
Hohensee et al. 2009 ≤ − 5,8 × 10 - 12 ≤ 1,2 × 10 - 11 Elétron Terrestre
Bi et al. 2008 ≤3 × 10 - 23 UHECR Astronômico
Klinkhamer & Schreck 2008 ≤ − 9 × 10 - 16 ≤6 × 10 - 20 UHECR Astronômico
Klinkhamer & Risse 2007 ≤2 × 10 - 19 UHECR Astronômico
Kaufhold et al. 2007 ≤10 - 17 UHECR Astronômico
Altschul 2005 ≤6 × 10 - 20 Elétron Astronômico
Gagnon et al. 2004 ≤ − 2 × 10 - 21 ≤5 × 10 - 24 UHECR Astronômico
Jacobson et al. 2003 ≤ − 2 × 10 - 16 ≤5 × 10 - 20 Elétron Astronômico
Coleman & Glashow 1997 ≤ − 1,5 × 10 - 15 ≤5 × 10 - 23 UHECR Astronômico

Comparação de relógio e acoplamento de rotação

Por este tipo de experimentos de espectroscopia - às vezes também chamados de experimentos de Hughes-Drever - as violações da invariância de Lorentz nas interações de prótons e nêutrons são testadas estudando os níveis de energia desses núcleons para encontrar anisotropias em suas frequências ("relógios") . Usando balanços de torção com polarização de spin , também anisotropias em relação aos elétrons podem ser examinadas. Os métodos usados ​​principalmente se concentram em interações de spin de vetor e interações de tensor, e são frequentemente descritos em termos de SME ímpar / par CPT (em parâmetros específicos de b μ e c μν ). Tais experimentos são atualmente os mais sensíveis terrestres, porque a precisão pela qual as violações de Lorentz podem ser excluídas está no nível de 10-33 GeV .

Esses testes podem ser usados ​​para restringir os desvios entre a velocidade máxima atingível da matéria e a velocidade da luz, em particular no que diz respeito aos parâmetros de c μν que também são usados ​​nas avaliações dos efeitos de limiar mencionados acima.

Autor Ano Limites de PME Parâmetros
Próton Nêutron Elétron
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

Dilatação do tempo

Os experimentos clássicos de dilatação do tempo , como o experimento Ives-Stilwell , os experimentos do rotor de Moessbauer e a dilatação do tempo de partículas em movimento, foram aprimorados por equipamentos modernizados. Por exemplo, o deslocamento Doppler de íons de lítio viajando em altas velocidades é avaliado usando espectroscopia saturada em anéis de armazenamento de íons pesados . Para obter mais informações, consulte Experimentos Modern Ives – Stilwell .

A precisão atual com a qual a dilatação do tempo é medida (usando a teoria do teste RMS) está no nível de ~ 10-8 . Foi demonstrado que experimentos do tipo Ives-Stilwell também são sensíveis ao coeficiente de velocidade da luz isotrópica do SME, conforme apresentado acima. Chou et al. (2010) até conseguiram medir uma mudança de frequência de ~ 10 −16 devido à dilatação do tempo, ou seja, em velocidades diárias, como 36 km / h.

Autor Ano Velocidade Desvio máximo
de dilatação do tempo
Limites RMS de quarta ordem
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

Testes de CPT e antimatéria

Artigos principais: Testes de antimatéria de violação de Lorentz e testes experimentais de dilatação do tempo § Dilatação do tempo e simetria CPT

Outra simetria fundamental da natureza é a simetria CPT . Foi mostrado que as violações do CPT levam a violações de Lorentz na teoria quântica de campos (embora haja exceções não locais). A simetria CPT requer, por exemplo, a igualdade de massa e a igualdade das taxas de decomposição entre matéria e antimatéria .

Os testes modernos pelos quais a simetria do CPT foi confirmada são conduzidos principalmente no setor de méson neutro . Em grandes aceleradores de partículas, medições diretas das diferenças de massa entre os quarks top e antitop também foram realizadas.

Neutros mesões B
Autor Ano
LHCb 2016
BaBar 2016
D0 2015
Belle 2012
Kostelecký et al. 2010
BaBar 2008
BaBar 2006
BaBar 2004
Belle 2003
Mesões D neutros
Autor Ano
FOCO 2003
Kaons neutros
Autor Ano
KTeV 2011
KLOE 2006
CPLEAR 2003
KTeV 2003
NA31 1990
Quarks superior e antitop
Autor Ano
CDF 2012
CMS 2012
D0 2011
CDF 2011
D0 2009

Usando SME, também consequências adicionais da violação de CPT no setor de méson neutro podem ser formuladas. Outros testes de CPT relacionados a SME também foram realizados:

  • Usando armadilhas Penning nas quais partículas carregadas individuais e suas contrapartes são aprisionadas, Gabrielse et al. (1999) examinaram frequências de ciclotrão em proton- antipróton medições, e não foi possível encontrar qualquer desvio para baixo a 9 · 10 -11 .
  • Hans Dehmelt et al. testou a frequência da anomalia, que desempenha um papel fundamental na medição da razão giromagnética do elétron . Eles procuraram variações siderais e diferenças entre elétrons e pósitrons também. Eventualmente, eles não encontraram desvios, estabelecendo limites de 10 −24 GeV.
  • Hughes et al. (2001) examinaram múons em busca de sinais siderais no espectro de múons e não encontraram nenhuma violação de Lorentz até 10 −23 GeV.
  • A colaboração "Muon g-2" do Laboratório Nacional de Brookhaven buscou desvios na frequência de anomalia de múons e anti-múons, e por variações siderais considerando a orientação da Terra. Também aqui, nenhuma violação de Lorentz foi encontrada, com uma precisão de 10 −24 GeV.

Outras partículas e interações

Partículas de terceira geração foram examinadas para potenciais violações de Lorentz usando SME. Por exemplo, Altschul (2007) colocou limites superiores na violação de Lorentz do tau de 10-8 , procurando por absorção anômala de radiação astrofísica de alta energia. No experimento BaBar (2007), no experimento D0 (2015) e no experimento LHCb (2016), pesquisas foram feitas para variações siderais durante a rotação da Terra usando mésons B (portanto, quarks bottom ) e suas antipartículas. Nenhum sinal de violação de Lorentz e CPT foi encontrado com limites superiores na faixa de 10 −15 - 10 −14 GeV. Também pares de quark top foram examinados no experimento D0 (2012). Eles mostraram que a produção da seção transversal desses pares não depende do tempo sideral durante a rotação da Terra.

Os limites de violação de Lorentz no espalhamento de Bhabha foram dados por Charneski et al . (2012). Eles mostraram que as seções transversais diferenciais para os acoplamentos vetoriais e axiais em QED tornam-se dependentes da direção na presença de violação de Lorentz. Eles não encontraram nenhuma indicação de tal efeito, colocando limites superiores nas violações de Lorentz .

Gravitação

A influência da violação de Lorentz nos campos gravitacionais e, portanto, a relatividade geral também foi analisada. A estrutura padrão para tais investigações é o formalismo pós-newtoniano parametrizado (PPN), no qual Lorentz violando os efeitos de estrutura preferenciais são descritos pelos parâmetros (consulte o artigo PPN sobre limites observacionais nesses parâmetros). As violações de Lorentz também são discutidas em relação às alternativas à relatividade geral , como gravidade quântica de loop , gravidade emergente , teoria do éter de Einstein ou gravidade Hořava-Lifshitz .

Também o SME é adequado para analisar violações de Lorentz no setor gravitacional. Bailey e Kostelecky (2006) restringiram as violações de Lorentz a uma análise das mudanças no periélio de Mercúrio e da Terra, e até em relação à precessão do spin solar. Battat et al . (2007) examinaram dados de alcance do laser lunar e não encontraram perturbações oscilatórias na órbita lunar. O limite mais forte de SME, excluindo a violação de Lorentz, era . Iorio (2012) obteve limites no nível examinando elementos orbitais Keplerianos de uma partícula de teste acionada por acelerações gravitomagnéticas que violam Lorentz . Xie (2012) analisou o avanço do periastro de pulsares binários , estabelecendo limites para a violação de Lorentz no nível.

Testes de neutrino

Oscilações de neutrino

Artigo principal: oscilações de neutrino violando Lorentz

Embora as oscilações dos neutrinos tenham sido confirmadas experimentalmente, os fundamentos teóricos ainda são controversos, como pode ser visto na discussão relacionada aos neutrinos estéreis . Isso torna as previsões de possíveis violações de Lorentz muito complicadas. É geralmente assumido que as oscilações de neutrino requerem uma certa massa finita. No entanto, as oscilações também podem ocorrer como consequência das violações de Lorentz, então há especulações sobre o quanto essas violações contribuem para a massa dos neutrinos.

Além disso, foi publicada uma série de investigações nas quais foi testada uma dependência sideral da ocorrência de oscilações de neutrinos, que poderia surgir quando houvesse um campo de fundo preferido. Isso, possíveis violações do CPT e outros coeficientes de violações de Lorentz na estrutura do SME foram testados. Aqui, alguns dos limites de GeV alcançados para a validade da invariância de Lorentz são declarados:

Nome Ano Limites SME (GeV)
Double Chooz 2012 ≤10 −20
MINOS 2012 ≤10 −23
MiniBooNE 2012 ≤10 −20
Cubo de gelo 2010 ≤10 −23
MINOS 2010 ≤10 −23
MINOS 2008 ≤10 −20
LSND 2005 ≤10 −19

Velocidade de neutrino

Desde a descoberta das oscilações dos neutrinos, presume-se que sua velocidade esteja ligeiramente abaixo da velocidade da luz. As medições diretas de velocidade indicaram um limite superior para as diferenças de velocidade relativa entre a luz e os neutrinos de <10 - 9 , consulte as medições da velocidade dos neutrinos .

Também restrições indiretas na velocidade do neutrino, com base em teorias de campo efetivas, como SME, podem ser alcançadas procurando por efeitos de limiar, como radiação de Cherenkov a vácuo. Por exemplo, os neutrinos devem exibir Bremsstrahlung na forma de produção de par elétron-pósitron . Outra possibilidade no mesmo quadro é a investigação da decomposição de píons em múons e neutrinos. Os neutrinos superluminais atrasariam consideravelmente esses processos de decaimento. A ausência desses efeitos indica limites estreitos para diferenças de velocidade entre a luz e os neutrinos.

As diferenças de velocidade entre os sabores de neutrino também podem ser restringidas. Uma comparação entre neutrinos de múon e elétron por Coleman & Glashow (1998) deu um resultado negativo, com limites <6 × 10 22 .

Nome Ano Energia Limites de SME para (v - c) / c
Vacuum Cherenkov Decadência de píons
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
ICARO 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

Relatórios de supostas violações de Lorentz

Relatórios abertos

LSND, MiniBooNE

Em 2001, o experimento LSND observou um excesso de 3,8σ de interações antineutrino em oscilações de neutrino, o que contradiz o modelo padrão. Os primeiros resultados do experimento MiniBooNE mais recente pareceram excluir esses dados acima de uma escala de energia de 450 MeV, mas eles verificaram as interações de neutrinos, não de antineutrinos. Em 2008, no entanto, eles relataram um excesso de eventos de neutrinos semelhantes a elétrons entre 200–475 MeV. E em 2010, quando realizado com antineutrinos (como no LSND), o resultado estava de acordo com o resultado do LSND, ou seja, foi observado um excesso na escala de energia de 450–1250 MeV. Se essas anomalias podem ser explicadas por neutrinos estéreis , ou se indicam violações de Lorentz, ainda é discutido e sujeito a novas pesquisas teóricas e experimentais.

Relatórios resolvidos

Em 2011, a OPERA Collaboration publicou (em uma pré-impressão arXiv não revisada por pares ) os resultados das medições de neutrinos, de acordo com os quais os neutrinos viajam ligeiramente mais rápido que a luz . Os neutrinos aparentemente chegaram mais cedo em ~ 60 ns. O desvio padrão foi de 6σ, claramente além do limite de 5σ necessário para um resultado significativo. Porém, em 2012 verificou-se que esse resultado se deveu a erros de medição. O resultado final foi consistente com a velocidade da luz; veja anomalia de neutrino mais rápido que a luz .

Em 2010, o MINOS relatou diferenças entre o desaparecimento (e, portanto, as massas) de neutrinos e antineutrinos no nível de 2,3 sigma. Isso violaria a simetria CPT e a simetria Lorentz. No entanto, em 2011, o MINOS atualizou seus resultados de antineutrino; depois de avaliar dados adicionais, eles relataram que a diferença não é tão grande quanto se pensava inicialmente. Em 2012, eles publicaram um artigo no qual relataram que a diferença agora foi removida.

Em 2007, a Colaboração MAGIC publicou um artigo, no qual alegava uma possível dependência energética da velocidade dos fótons da galáxia Markarian 501 . Eles admitiram que também um possível efeito de emissão dependente de energia poderia ter causado esse resultado também. No entanto, o resultado do MAGIC foi substituído pelas medições substancialmente mais precisas do grupo Fermi-LAT, que não conseguiu encontrar nenhum efeito, mesmo além da energia de Planck . Para obter detalhes, consulte a seção Dispersão .

Em 1997, Nodland & Ralston afirmaram ter encontrado uma rotação do plano de polarização da luz vindo de rádios galáxias distantes . Isso indicaria uma anisotropia do espaço. Isso atraiu algum interesse na mídia. No entanto, surgiram de imediato algumas críticas, que contestaram a interpretação dos dados e aludiram a erros na publicação. Estudos mais recentes não encontraram nenhuma evidência para este efeito (ver seção sobre Birrefringência ).

Veja também

Referências

links externos