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Tipo: Tese
Título: Some contributions to the study of a quantum electrodynamics with Lorentz symmetry violation
Título(s) alternativo(s): Algumas contribuições ao estudo de uma eletrodinâmica quântica com Violação da simetria de Lorentz
Autor(es): Gomes, André Herkenhoff
Primeiro Orientador: Franco, Daniel Heber Theodoro
Primeiro coorientador: Piguet, Olivier
Segundo coorientador: Cima, Oswaldo Monteiro Del
Primeiro avaliador: Sifuentes, Rodolfo Alvan Casana
Segundo avaliador: Maciel, Arthur Kos Antunes
Resumo: In this thesis, we study different aspects of a single-ferrnion Lorentz-violating quanturn electrodynamics (QED) based on the framework of the Standard Model Extension, where Lorentz symmetry breaking is controlled by coeficients with Lorentz indices - constant background fields selecting preferred directions in spacetime - coupled to conventional fields. We develop two separate studies, the first motivated by theoretical aspects of the model and the other by the experimental search of Lorentz-violating signals. Renormalizability of the minimal Lorentz-violating QED extension - in the sense the model is power-counting renormalizable - is first investigated we employ the algebraic approach of renormalization to emphasize the search for gauge quantum anornalies. The breaking of Lorentz symmetry is found to introduce new possible anomalous structures besides the conventional ones. In practice, conventional gauge identities are extended to include effects of Lorentz violation and are no longer automatically satisfied as they receive Lorentz-violating corrections, each of them controlled by so-called anomaly coefficients which have to be explicitly calculated for a definite answer as to whether these candidate anomalies are real features of the model or not. To one-1oop order, we verify the model is free of anomalies and we provide arguments suggesting at least sorne of the anomaly coefficients may vanish to all orders, but there is still the question as to whether or not the remaining coefficients can develop nonva-vanishing value under rnultiloop radiative corrections. On the other hand, we find more restricted models, where C or PT symmetry is enforced, are completely free of gauge anomalies to all orders in perturbation theory. Once no anornaly is found - which we verified it is the case at least for the C or PT invariant models - proof of renormalizability to all orders is concluded if free parameters introduced by renormalization can be fixed by suitable renormalization conditions. Explicit analysis of this last point demands determination of infite radiative corrections from divergent diagrams and we present preliminary results based On analysis of the one-loop fermion self-energy. Against our expectations, contribution from specific Lorentz-violating coeficients appear to fail to be properly renormalized once their introduced free parameters apparently cannot be Consistently fixed by renormalization conditions. On the other hand, we find coefficients, whose contributions are adequately renormalized, that can lead to new physical phenomena, namely, their radiative corrections rnodify the free propagation of fermions - an effect absent in conventional QED - and implications for experimental measurements are discussed as we find there is the possibility of radiative effects may be as relevant as tree-level ones under adequate experimental set up. Departing frorn a theory-motivated analysis of the minimal Lorentz-violating QED and moving on to an experiment-oriented investigation, we then extend our framework to include nonminimal contributions - motivated by the status of the SME as an effective field theory - and apply it in the context of muon (g -2) experiments. After a brief overview of such experiments providing high precision measurements of the rnuon anomalous magnetic moment, we use a framework suitable for ferrnions with Lorentz-violating operators of arbitrary dimension to discuss Lorentz-violating signatures to be experimentally searched for - namely, comparisons between muon and antimuons anomaly frequency, as well as sidereal and annual variations of this quantity. Using data available in the literature, we present new bounds on coefficients controlling the symmetry breaking and also estimate the sensitivity of upcoming experiments to Lorentz violation.
Abstract: Nesta tese, estudamos diferentes aspectos de uma eletrodinâmica quântica (EDQ) para urn único férmion com violação da simetria de Lorentz baseada no arcabouço teórico do Modelo Padrão Estendido, onde a quebra da simetria de Lorentz é controlada por coeficientes com índices de Lorentz - campos de fundo que selecionam direções preferenciais no espaçotempo - acoplados a campos convencionais. Desenvolvemos dois estudos separados, o primeiro motivado pelos aspectos teóricos do modelo e o outro pela busca experimental de sinais da violação da simetria de Lorentz. A renormalizabilidade da extensão mínima da EDQ com quebra da simetria de Lorentz - no sentido de ser renormalizável por contagem de potências - é primeiramente investigada. Empregamos o método algébrico de renormalização para enfatizar a procura por anomalias de calibre. Observamos que a quebra da simetria de Lorentz introduz novas possíveis estruturas anômalas além das convencionais. Na prática, identidades de calibre convencionais são estendidas para incluir efeitos da perda da invariância de Lorentz e não são mais automaticamente satisfeitas pois recebem correções que violam a simetria de Lorentz, sendo cada uma dessas correções controladas pelos chamados coeficientes de anomalia, que devem ser explicitamente calculados para uma resposta definitiva sobre esses candidatos a anomalia serem características reais do modelo ou não. Em primeira ordem na expansão em loops, verificamos que o modelo é livre de anomalias e fornecemos argumentos sugerindo que ao menos alguns desses coeficientes devem ser nulos a todas as ordens, mas ainda há a questão sobre os coeficientes restantes desenvolverem valores não-nulos ou não devido a correções de vários loops. Por outro lado, encontramos modelos mais restritos, onde a simetria C ou PT é exigida, que são completamente livres de anomalias de calibre a todas as Ordens em teoria de perturbação. Uma Vez que nenhuma anomalia é encontrada o que vimos ser garantido ao menos para os casos invariantes sob C Ou PT - a prova da renormalizabilidade do modelo a todas as ordens é concluída se os parâmetros livres introduzidos pela renormalização puderem ser fixados por condições de renormalização adequadas. Análise explícita deste último ponto exige a determinação das correções radiativas infinitas dos diagramas divergentes e nós apresentamos resultados preliminares baseados na análise a um loop da autoenergia do férmion. Contra as nossas expectativas, contribuições de alguns coeficientes que violam a simetria de Lorentz parecem falhar em ser renormalizadas adequadamente uma Vez que os parâmetros livres que estas introduzem aparentemente não podem ser consistemente fixados pelas condições de renormalização. Por Outro lado, encontramos coeficientes, cujas contribuições são adequadamente renormalizadas, que geram novos fenômenos físicos onde, em específico, suas correções radiativas modificam a propagação livre de férmions - um efeito ausente na EDQ convencional - e discutimos as consequências para medições experimentais conforme observamos existir a possibilidade de efeitos radiativos serem tão relevantes quanto efeitos em nível de árvore dados ajustes experimentais adequados. Passando de uma análise motivada por questões teóricas da extensão mínima da EDQ para uma investigação Orientada por questões experimentais, estendemos nosso modelo para incluir contribuições não-mínimas - motivadas pelo status de teoria efetiva do Modelo Padrão Estendido - e o aplicamos no contexto de experimentos medindo g - 2 de muons. Após uma breve revisão destes experimentos que proveem medidas de alta precisão do momento magnético anômalo do muon, usamos um ferramental adequado à descrição de férmions com operadores de dimensões arbitrárias que violam a simetria de Lorentz para discutir sinais da quebra de simetria a serem procurados experimentalmente - especificamente, comparações entre a frequência anômala de muons e antimuons, assim como variações siderais e anuais desta quantidade. Usando dados disponíveis na literatura, apresentamos limites inéditos em coeficientes de quebra de simetria e também estimamos a sensibilidade aos efeitos da violação da simetria de Lorentz de futuros experimentos.
Palavras-chave: Quantum electrodynamics
Lorentz symmetry
Field theory (Physics)
Particle physics
Muons
Eletrodinâmica quântica
Simetria de Lorentz
Teoria de campos (Física)
Física de partículas
Múons
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Idioma: eng
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Física Teórica e Computacional; Preparação e Caracterização de Materiais; Sensores e Dispositivos.
Programa: Doutorado em Física
Citação: GOMES, André Herkenhoff. Algumas contribuições ao estudo de uma eletrodinâmica quântica com Violação da simetria de Lorentz. 2014. 179 f. Tese (Doutorado em Física Teórica e Computacional; Preparação e Caracterização de Materiais; Sensores e Dispositivos.) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2014.
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/962
Data do documento: 9-Jul-2014
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