نقض خودبه خود
نقض نسبيت در يك نظريه نهايى چگونه خود را نشان مى دهد؟ يك روش طبيعى و زيبا شكست خودبه خود تقارن لورنتس است. اين مورد بايد كاملاً مشابه شكست خودبه خود تقارن در موارد ديگر باشد هنگامى اتفاق مى افتد كه قوانين پايه متقارن هستند در حالى كه سيستم هاى واقعى اين گونه نيستند. براى درك ايده عمومى شكست خودبه خود تقارن يك ميله باريك استوانه اى را كه به صورت عمودى بر روى يك سطح صاف قرار گرفته در نظر بگيريد. تصور كنيد يك نيروى عمودى به سمت پايين بر روى ميله وارد مى گردد. اين سيستم به طور كامل تحت دوران حول محور ميله متقارن است: ميله استوانه اى است و نيرو به صورت عمودى وارد مى شود، بنابراين قوانين و معادلات فيزيكى در اين شرايط تحت دوران ناوردا هستند. اما اگر نيرو به اندازه كافى زياد شود ميله در يك جهت خم مى گردد كه تقارن تحت دوران را به صورت خودبه خود مى شكند.
در مورد نقض نسبيت، معادلات توصيف كننده ميله و نيرو با معادلات نظريه نهايى جايگزين مى شوند. به جاى ميله ميدان هاى كوانتومى مواد و نيروها قرار مى گيرند. در اغلب موارد اندازه ميدان پس زمينه اى طبيعى چنين ميدان هايى صفر است. با اين حال در بعضى شرايط ميدان هاى پس زمينه مقادير غيرصفرى كسب مى كنند. تصور كنيد چنين حالتى براى ميدان الكتريكى رخ دهد. از آنجا كه ميدان الكتريكى داراى جهت است (بردار)، هر مكانى در فضا داراى جهت ويژه اى مى شود كه توسط جهت ميدان الكتريكى در آن مكان تعيين مى شود. يك بار الكتريكى نقطه اى در آن جهت شتاب مى گيرد. در نتيجه تقارن دورانى (و همچنين تقارن بوست) مى شكند. چنين نتايجى براى يك ميدان تانسورى غيرصفر نيز برقرار است (بردارها حالت خاص تانسورها هستند
چنين ميدان هاى تانسورى غيرصفرى در مدل استاندارد به وجود نمى آيند، اما بعضى از نظريه هاى بنيادى مانند نظريه ريسمان شامل جنبه هايى هستند كه مناسب شكست خودبه خود تقارن لورنتس هستند. اين ايده كه شكست خودبه خود تقارن لورنتس و مشاهده نقض نظريه نسبيت مى تواند در نظريه ريسمان و تئورى هاى ميدان شامل گرانش اتفاق افتد نخستين بار توسط من و استوارت ساموئل از كالج نيويورك در سال ۱۹۸۹ پيشنهاد شد.
من و روبرتوس پوتينگ در سال ۱۹۹۱ اين موضوع را به شكست تقارن CPT در نظريه ريسمان گسترش داديم. بعد از آن روش هاى متعددى براى نقض نظريه نسبيت در نظريه ريسمان و ديگر رهيافت هاى گرانش كوانتومى پيشنهاد شد. اگر شكست تقارن لورنتس واقعاً جزيى از نظريه نهايى باشد، مشاهده نقض نسبيت نخستين مشاهدات آزمايشگاهى را براى چنين نظريه اى فراهم خواهد كرد.
تعميم مدل استاندارد
فرض كنيد نظريه بنيادى طبيعت از طريق مكانيسم هايى شكست تقارن لورنتس يا CPT را شامل مى شود. اكنون اين پرسش پيش مى آيد كه اين نقض ها چگونه خود را در آزمايش نشان مى دهند و نسبت آنها با فيزيك امروزى به چه صورت است؟ براى پاسخ به اين پرسش به يك چارچوب نظرى كلى احتياج داريم كه بتواند تمام پديده هايى را كه ممكن است در آزمايشگاه رخ دهد، دربرگيرد. به كمك چنين چارچوبى مى توان پارامترهاى آزمايشگاهى را محاسبه، آزمايش هاى مختلف را مقايسه و پديده هاى قابل انتظار را پيش بينى كرد.