反氢实验中对基础物理的检验
摘要
高精密反氢光谱学的最新进展，为在纯反物质系统上严格实验检验粒子物理与广义相对论（GR）的基础原理（如洛伦兹与 CPT 不变性以及爱因斯坦等效原理（EEP））开辟了道路。本文研究了这些检验的性质与含义，特别参考了 CERN 的 ALPHA 反氢计划。其基础是对反粒子、因果性与基础对称性在相对论量子场论（QFT）中的作用以及 GR 中时间测量理论的理论回顾。随后引入了打破洛伦兹与 CPT 对称性或强等效原理（SEP）的低能有效理论，并回顾了若干涉及新长程力的“第五力”情景，这些力将有效违背自由落体普适性或弱等效原理（WEPff）。讨论了 CPT 破坏在决定宇宙物质-反物质不对称性中的可能作用。文中给出了 ALPHA 陷阱磁场中测量的 1S、2S 和 2P 超精细态之间跃迁频率对可能的洛伦兹与 CPT 破坏耦合的依赖性的显式计算，并将所得界限与现有极限进行比较。呈现了对当前反氢自由落体与光谱测量之于 EEP 含义的分析，推导了关于 WEPff 与时钟普适性（WEPc）的现有及潜在界限，以及针对第五力的约束。描述了高精密反氢光谱学、自由落体及引力红移实验和反原子物质波干涉测量的未来前景，并简要概述了涉及其他反物质种类的实验可能性。
引用
@article{arxiv.2002.09348,
title = {Testing Fundamental Physics in Antihydrogen Experiments},
author = {M. Charlton and S. Eriksson and G. M. Shore},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.09348},
year = {2022}
}
备注
113 pages, 4 figures. This version contains additional material on non-local QFTs (sect 2.3) and the formalism to analyse annual variations in antihydrogen spectroscopy (sect 3.2.2). An omitted term is included in eq.(3.39). Minor improvements and updates