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MICROSCOPE 对新力强度的限制及其与引力和电磁力的比较

高能物理 - 唯象学 2019-04-05 v2 广义相对论与量子宇宙学

摘要

极弱的新力可能导致对等效原理的明显违背。MICROSCOPE 实验意味着,与引力相比,新的长程力的相对强度在 2σ2\sigma 下被限制为:对于耦合到 B, L, BL, B+LB,\ L,\ B-L,\ B+L3B+L3B+L,有 αˉg<3.2 1011,2.3 1013,2.2 1013,6.7 1013|\bar\alpha_g|<3.2\ 10^{-11},2.3\ 10^{-13},2.2\ 10^{-13},6.7\ 10^{-13}1.5 10121.5\ 10^{-12};或者,对于耦合到同位旋,有 αg<8.4 1012|\alpha_g|<8.4\ 10^{-12}。这相对于耦合到 BB 的灵敏度提高了 3\simeq 3 倍,在其他情形中(包括由大统一所建议的 BLB-L)提高到约 15 倍。这需要注意 αˉg\bar\alpha_g 的定义。耦合到 LL(或 BLB-L)的力将仅有效地作用于质子(或中子),其相对强度对于平均核子从 αg\alpha_g 减小到约 αˉg=αg/4\bar\alpha_g=\alpha_g/4。因此方便地视此类力作用于 Qˉ=B, 2L, 2(BL),2(B+L)/3\bar Q =B,\ 2L,\ 2(B-L),2(B+L)/32(3B+L)/72(3B+L)/7,从而得到 αˉg=αg×(1,1/4,1/4,9/4\bar\alpha_g=\alpha_g\times(1,1/4,1/4,9/449/4)49/4)。对于耦合到 LLBLB-L 的灵敏度比耦合到 BB 好两个数量级(因为对于 Ti-Pt 有 Δ(2L/Ar)144 Δ(B/Ar)\Delta (2L/A_r)\simeq 144\ \Delta (B/A_r));并且比 B+LB+L3B+L3B+L 约好 3 或 7 倍。耦合到 (ϵBB+ϵQelQel)e(\epsilon_BB+\epsilon_{Q_{el}}Q_{el})e 应满足 ϵB<5 1024|\epsilon_B|<5\ 10^{-24};类似地 ϵL|\epsilon_L|ϵBL<.9 1024|\epsilon_{B-L}|<.9\ 10^{-24}ϵB+L<.5 1024,ϵ3B+L<.32 1024|\epsilon_{B+L}|<.5\ 10^{-24},|\epsilon_{3B+L}|<.32\ 10^{-24}ϵB2L<2.6 1024|\epsilon_{B-2L}|<2.6\ 10^{-24},意味着新相互作用比电磁力弱超过 104610^{46}104810^{48}。耦合之间典型的 >1024>10^{24} 的层级关系,可在超对称内与能量尺度中 >1012>10^{12} 的巨大层级相关联。这指向一个 ξ1016\sqrt\xi\approx 10^{16} GeV 的尺度,关联着巨大的真空能量密度,其可能导致早期宇宙的暴胀。

关键词

引用

@article{arxiv.1809.04991,
  title  = {MICROSCOPE limits on the strength of a new force, with comparisons to gravity and electromagnetism},
  author = {Pierre Fayet},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1809.04991},
  year   = {2019}
}

备注

13 pages, matches published version