Fyzici testovali rýchlosť svetla pri doteraz najvyšších energiách

Krabia hmlovina, zdroj gama žiarenia. (NASA/ESA/J. Hester/A. Loll/Arizonská štátna univerzita)

Fyzici vykonali doteraz najvýkonnejší test rýchlosti svetla a zistili, že je stále konštantná všade vo vesmíre, dokonca aj v gama lúčoch vyvrhnutých zo zdrojov.ako vybuchujúce hviezdy.

To znamená, že aj pri najvyšších energiách, ktoré dokážeme odhaliť, je jedným z pilierov teórie Alberta Einsteina špeciálna teória relativity stále stojí pevne.

'To, ako sa relativita správa pri veľmi vysokých energiách, má skutočné dôsledky pre svet okolo nás,' povedal astrofyzik Pat Harding z Národného laboratória Los Alamos v Novom Mexiku.



Väčšina modelov kvantovej gravitácie hovorí, že správanie relativity sa pri veľmi vysokých energiách rozpadne. Naše pozorovanie takýchto vysokoenergetických fotónov vôbec zvyšuje energetickú škálu, na ktorej platí relativita, o viac ako stonásobok.“

Lorentzova invariancia je základným princípom špeciálnej teórie relativity. Vyjadruje, že bez ohľadu na to, kde sa vo vesmíre nachádzate, fyzikálne zákony – vrátane rýchlosti svetla – zostávajú rovnaké.

Existujú však teórie, ktoré naznačujú, že Lorentzova invariancia by mohla byť narušená pri veľmi vysokých energiách.

Ak by sa to malo stať, potrebovali by sme nové fyzikálne zákony, ktoré by to vysvetlili. Ale možno to dokážeme aj odhaliť.

Ak sa Lorentzova invariancia zlomí pri vysokých energiách, potom vysokoenergetické javy by mali vykazovať neočakávané správanie, ktoré nie je v súlade s relativitou; svetlo by sa napríklad mohlo pohybovať rôznymi rýchlosťami.

Tu prichádzajú gama lúče. Ide o typ svetla s najkratšou vlnovou dĺžkou a najvyššou energiou v elektromagnetickom spektre, ktorý vzniká rádioaktívnym rozpadom atómových jadier.

Vyžarujú zo supernov, neutrónových hviezd, hviezdnych erupcií a okolitých oblastí čierne diery - veľmi extrémne vesmírne javy, inými slovami.

Ak by sa gama lúče zrýchlili pri porušení Lorentzovej invariantnosti, fotóny gama žiarenia by sa rozpadli na častice s nižšou energiou skôr, ako by vôbec dosiahli Zem.

Tieto častice s nižšou energiou sa sem môžu alebo nemusia dostať, ale už by to neboli gama lúče.

Teraz musíme diskutovať o vysokohorskom Čerenkovovom observatóriu (HAWC). Je to najvyšší detektor gama žiarenia, aký existuje, navrhnutý na detekciu gama žiarenia s najvyššou energiou, od 100 miliárd do 100 biliónov elektrónvoltov (100 gigaelektrónvoltov alebo GeV až 100 teraelektrónvoltov alebo TeV).

To je približne 100 až 100 biliónkrát viac energie ako viditeľné svetlo – ak by sme ho videli, bolo by to oslepujúce.

Observatórium HAWC je Čerenkovov detektor. Pozostáva z radu nádrží naplnených vodou s fotonásobičom, ktorý dokáže detekovať svetlo. Keď gama lúč zasiahne hornú vrstvu atmosféry, stratí energiu v dôsledku interakcií s molekulami atmosféry, čím sa vytvorí kaskádová sprcha častíc s rýchlosťou svetla.

Na detekciu týchto častíc je navrhnuté observatórium HAWC. Keď vstúpia do vody vysokou rýchlosťou, cestujú (krátko) rýchlejšie, ako svetlo môže v skutočnosti prejsť vodou, pretože voda svetlo len trochu spomaľuje.

To vytvára „svetelný tresk“ – svetelný ekvivalent zvukového tresku – ktorý vytvára ultrafialovú žiaru. Tá žiara sa volá Čerenkovovo žiarenie , a to je to, čo zachytávajú elektrónky fotonásobiča.

Čím vyššia je energia gama žiarenia, tým viac častíc je vo výslednej sprche. Fyzici tak dokážu rozlišovať medzi energiami gama žiarenia.

Pomocou tejto metódy observatórium HAWC nedávno zachytilo množstvo gama lúčov s energiami vyššími ako 100 TeV . Už len tento fakt obmedzuje porušenie Lorentzovej invariantnosti – to znamená, že fotóny sa vo vákuu nepohybovali rýchlejšie ako rýchlosť svetla.

V skutočnosti žiadny z nich nevykazoval žiadne známky rozpadu fotónu spojeného s porušením Lorentzovej invariantnosti.

To neznamená, že Lorentzova invariancia sa nemôže zlomiť pri ešte vyšších energiách, ale znamená to, že sa neprelomila v rámci našich detekovateľných limitov. A to je naozaj pekné.

'Detekcia gama lúčov s ešte vyššou energiou z astronomických vzdialeností umožní prísnejšie kontroly relativity,' Povedal Harding .

'Keďže HAWC bude v nadchádzajúcich rokoch naďalej získavať viac údajov a začleňovať vylepšenia vedené Los Alamos do detektorov a analytických techník pri najvyšších energiách, budeme môcť túto fyziku študovať ešte ďalej.'

Výskum bol publikovaný v r Fyzické prehľadové listy .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.