利用中微子检验洛伦兹对称性与 CPT 对称性破缺

洛伦兹对称性破缺是普朗克尺度物理预言的一种现象。尽管包含三种有质量活性中微子的标准模型框架（即中微子标准模型，nuSM）取得了成功，但一系列在 nuSM 框架内无法理解的信号表明，中微子物理可能是首个观测到超出标准模型物理（如洛伦兹对称性破缺）的领域。特别是，中微子振荡作为一种天然的干涉仪，对洛伦兹对称性破缺非常敏感。我们在标准模型扩展（SME）框架下分析了 LSND 振荡信号，发现振荡数据与无洛伦兹对称性破缺的情形一致，但该数据无法以约 $10^{-17}$ 的量级排除洛伦兹对称性破缺假设。通过假设 LSND 信号源于洛伦兹对称性破缺，我们构建了一个全局唯象模型来描述包括 LSND 信号在内的所有已知振荡数据。该模型还预言了 MiniBooNE 在低能区的信号。随后，MiniBooNE 确实在低能区观测到了事例超出。然而，来自 MiniBooNE 的振荡候选信号与无洛伦兹对称性破缺的情形一致。MiniBooNE 和 MINOS 在 $e$-$\mu$ 扇区获得的限值排除了用洛伦兹对称性破缺解释 LSND 信号的简单情景。同时，MINOS 和 IceCube 对 $\mu$-$\tau$ 扇区的洛伦兹对称性破缺设定了严格的限值。最后一个未经检验的通道，即 $e$-$\tau$ 洛伦兹破缺混合，利用 Double Chooz 的反应堆消失数据进行了检验。然而，Double Chooz 数据与平坦分布一致，从而拒绝了依赖于恒星时的洛伦兹对称性破缺假设。综合 LSND、MiniBooNE、MINOS、IceCube 和 Double Chooz 的所有振荡数据，为地球尺度下中微子扇区可能存在的洛伦兹对称性破缺提供了非常严格的约束。