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理論物理学において、非粒子物理学とは、粒子物理学の標準模型では粒子として説明できない物質の形態を推測する理論であり、その構成要素はスケール不変である。
ハワード・ジョージは、 2007年の2つの論文「Unparticle Physics」[ 1 ] と「Another Odd Thing About Unparticle Physics」[ 2 ]でこの理論を提唱しました。 彼の論文に続いて、他の研究者たちがUnparticle Physicsの特性と現象論、そしてそれが素粒子物理学、天体物理学、宇宙論、CP対称性の破れ、レプトンフレーバーの破れ、ミューオン崩壊、ニュートリノ振動、超対称性に及ぼす可能性のある影響についてさらに研究を進めました。
すべての粒子は、特定のエネルギー、運動量、質量によって特徴づけられる状態で存在します。素粒子物理学の標準模型のほとんどでは、同じ種類の粒子は、これらの特性を共通の係数で拡大縮小した別の状態では存在できません。たとえば、電子は、エネルギーや運動量に関係なく常に同じ質量を持ちます。しかし、これは常に当てはまるわけではありません。光子のような質量のない粒子は、その特性を等しく拡大縮小した状態で存在できます。このスケーリングに対する耐性は「スケール不変性」と呼ばれます。
アンパーティクルの概念は、必ずしも質量がゼロではないが、長さ（または同等にエネルギー）の変化に関係なく同じ物理法則を持つスケール不変の「物質」が存在する可能性があるという推測から来ています。この物質は粒子とは異なり、アンパーティクルと呼ばれます。アンパーティクル物質は、質量の連続スペクトルを持つ粒子と同等です。[ 3 ]
このような非粒子物質は観測されておらず、もし存在するならば、観測可能なエネルギー領域では通常の物質と弱く結合しているに違いない。大型ハドロン衝突型加速器（LHC）チームが2009年に高エネルギー領域の探査を開始すると発表して以来、一部の理論物理学者は非粒子物質の性質と、それがLHC実験でどのように現れる可能性があるかについて検討し始めている。LHCに対する大きな期待の一つは、物質を構成する粒子と、それらを結合させる力に関する我々の最良の記述を更新または置き換えるのに役立つ発見をもたらすかもしれないということである。
アンパーティクルは、質量がほぼゼロで、したがってスケール不変性がほぼゼロであるニュートリノと共通する性質を持つ。ニュートリノは物質とほとんど相互作用しないため、物理学者はほとんどの場合、相互作用後の「失われた」エネルギーと運動量を計算することによってのみ、その存在を推測できる。同じ相互作用を何度も観測することで、関与するニュートリノの数と種類をより具体的に示す確率分布が構築される。ニュートリノは低エネルギーでは通常の物質と非常に弱く結合し、結合の効果はエネルギーの増加とともに増大する。
同様の手法を用いて、非粒子の存在を示す証拠を探すことができる。スケール不変性によれば、非粒子を含む分布は、質量のない粒子が分数個存在する分布に似ているため、明らかになるはずである。
このスケール不変セクターは、標準模型の残りの部分と非常に弱い相互作用しか持たないため、もし非粒子物質が存在するならば、その証拠を観測することが可能になる。非粒子理論は、標準模型の場とバンクス・ザックス場の両方を含む高エネルギー理論であり、これらの場は赤外点でスケール不変な振る舞いを示す。相互作用のエネルギーが十分に高ければ、これら2つの場は通常の粒子の相互作用を通して相互作用することができる。
これらの粒子相互作用には、実験装置では検出できない「欠落した」エネルギーと運動量が存在するように見える。欠落エネルギーの特定の明確な分布は、非粒子物質の生成を示すだろう。そのような兆候が観測されない場合、モデルの制約を設定し、より精緻化することができる。
超伝導銅酸化物材料の異常の説明として、非粒子物理学が提案されている[ 4 ]。ARPESで測定された電荷は、電子の数に関するルッティンガーの定理からの予測を超えているように見える[ 5 ] 。