中微子传播中洛伦兹破坏的探测

已有观点提出，高能粒子与被认为由量子引力（QG）效应产生的时空泡沫结构的相互作用可能会破坏洛伦兹不变性，使得它们不以普适的光速传播。我们利用超新星爆发和OPERA长基线中微子实验的数据，考虑了在高能中微子传播中对线性或二次洛伦兹不变性破坏所能设定的限制，即 $v/c=[1 \pm (E/M_{\nu QG1})]$ 或 $[1 \pm (E/M_{\nu QG2})^2]$。利用来自 Kamioka II、IMB 和 Baksan 实验的 SN1987a 中微子数据，我们在 95% 置信水平下分别对亚光速（超光速）传播设定了限制 $M_{\nu QG1} > 2.7(2.5) \times 10^{10}$ GeV，以及 $M_{\nu QG2} > 4.6(4.1) \times 10^4$ GeV。未来发生于 10 kpc 距离处的银河系超新星将对亚光速（超光速）传播分别具有 $M_{\nu QG1} > 2(4) \times 10^{11}$ GeV 和 $M_{\nu QG2} > 2(4) \times 10^5$ GeV 的探测灵敏度。在当前 CNGS 提取束流长度为 10.5 微秒且采用标准时钟同步技术的情况下，OPERA 实验在标称运行 5 年后的灵敏度将达到 $M_{\nu QG1} \sim 7 \times 10^5$ GeV（$M_{\nu QG2} \sim 8 \times 10^3$ GeV）。若能利用提取的 CNGS 束流内 SPS RF 束团的时间结构，这些数值将显著改善至 $M_{\nu QG1} \sim 5 \times 10^7$ GeV（$M_{\nu QG2} \sim 4 \times 10^4$ GeV）。如果在发生于 OPERA 探测器上游岩石中的中微子事件上能实现类似的时间分辨率，这些结果还可以进一步改善：我们发现对 $M_{\nu QG1} \sim 4 \times 10^8$ GeV 和 $M_{\nu QG2} \sim 7 \times 10^5$ GeV 具有潜在灵敏度。