从广延大气簇射得到的关于光子区各向同性 Lorentz 破缺的改进限制

宇宙射线具有极高的粒子能量（高达 $10^{20} \; \text{eV}$），可用于寻找 Lorentz 不变性破缺。我们考虑了光子区中光子速度大于标准费米子最大可达速度情况下的各向同性无双折射 Lorentz 破缺。到目前为止，这种类型 Lorentz 破缺的地球基限制是根据对 TeV 伽马射线的观测确定的。在此，我们详细阐述了一种以极大提高的灵敏度检验 Lorentz 不变性的新方法。该方法基于研究由宇宙射线粒子在地球大气层中诱发的广延大气簇射。我们研究了两种 Lorentz 破缺衰变过程对大气簇射纵向发展的影响，特别是簇射极大值的观测深度 $X_\text{max}$。具体而言，所考虑的两种 Lorentz 破缺衰变过程是光子衰变为电子-正电子对，以及改进的中性 pion 衰变为两个光子。我们使用 CONEX 代码进行了 Monte Carlo 模拟，该代码被扩展以包含这两种在先前最佳地球基限制所允许量级上的 Lorentz 破缺衰变过程。与标准物理相比，这些 Lorentz 破缺衰变过程使初级能量高于 $10^{18}\;\text{eV}$ 的簇射的平均 $X_\text{max}$ 降低的幅度显著大于当前大气簇射实验的平均分辨率。通过将平均 $X_\text{max}$ 的模拟与观测进行比较，获得了此类 Lorentz 破缺的新地球基限制，其比先前的限制改善了三个数量级以上。还讨论了进一步研究的展望。