Guias de onda com um ambiente para testes de uma eletrodinâmica com violação das simetrias de Lorentz e CPT

Abstract

Estudamos uma eletrodinâmica em (3+1) dimensões, com violação das simetrias de Lorentz e CPT, obtida ao adicionarmos um termo tipo-Chern-Simons ao modelo de Maxwell usual, contido no setor de radiação (eletromagnética) do Modelo Padrão Estendido. Uma vez que este termo é proporcional a um "vetor" de fundo constante, (kAF)µ, que seleciona uma direção fixa no espaço-tempo (quebrando sua isotropia), as simetrias de Lorentz e CPT não são mais verificadas. Inicialmente, revisitamos o modelo para analisar o comportamento de ondas eletromagnéticas clássicas, satisfazendo esta eletrodinâmica modificada, propagando-se no espaço livre, estabelecendo importantes resultados para uso futuro, quando consideramos esta radiação restrita a propagar-se dentro de guias retangulares, abertos ao longo da direção z. Nesta situação, encontramos que aspectos de geometria combinados às condições de contorno geram efeitos que podem conduzir a fortes desvios dos resultados da eletrodinâmica convencional, independente de quão pequeno o parâmetro de violação seja. Particularmente, se (kAF)µ apontar ao longo da direção x (ou y), enquanto (kAF)0 = 0, apenas modos transversos elétricos, com Ez = 0, devem ser observados propagando-se ao longo do guia, enquanto que todos modos transversos magnéticos, Bz = 0, estão ausentes. Esta forte supressão de modos torna guias de onda bastante adequados para testar essas violações de simetria, usando-se aparatos simples e facilmente reprodutíveis. Contudo, dada a não-observação de tais efeitos macroscópicos nestes aparatos largamente utilizados, estes resultados inevitavelmente testemunham contra este tipo proposto de violação ou,de outro modo, todos experimentos já realizados teriam sido feitos em referenciais onde (kAF)0 ≠ 0. Se este último for o caso, nossos resultados notavelmente provêem uma maneira apropriada e relativamente fácil de se testar estas quebras de simetria: estes mesmos experimentos, se realizados em referenciais onde (kAF)0 = 0, deveriam, sem dúvidas, detectar esses grandes efeitos sobre os campos elétrico e magnético associados a estas ondas confinadas.

We study a CPT- and Lorentz-odd electrodynamics in (3+1) dimensions, obtained by adding a Chern-Simons-like term to the usual Maxwell model, as described by the radiation sector of the Standard Model Extension. Once this term is proportional to a constant background "4-vector", (kAF)µ, wich selects a preferred direction in the spacetime (breaking its isotropy), Lorentz and CPT symmetries no longer hold. We start by revisiting the model to analyse the behavior of classical electromagnetic waves coming from this modified electrodynamics when propagating in free space, establishing important results for future use when considering the radiation constrained to propagate inside hollow conductor waveguides, open along z. There, we find that geometrical features combined with boundary conditions yield effects that can strongly deviate from the standard results, despite the smallness of the breaking parameter itself. Particularly, if (kAF)µ points along x (or y) direction, with (kAF)0 = 0, only transverse electric modes, with Ez = 0, should be observed propagating throughout the guide, whereas all the transverse magnetic, Bz = 0, should be absent. Such a strong mode suppression makes waveguides quite suitable to probe these symmetry violations using a simple and easily reproducible apparatus. Nevertheless, by recalling the non-observation of such macroscopic effects in this widely used apparatus, our results inevitably witness against these claimed violations; otherwise, all of these experiments would have been performed in reference frames with (kAF)0 diferente de 0. If this is the case, our results remarkably provide an appropriate and relatively easy way to definitely probe for such symmetry-breakings: these same experiments performed in reference frames where (kAF)0 = 0 would undoubtedly detect those large effects in the electric and magnetic fields associated to these confined waves.