Теорія відносності Ейнштейна пройшла ще одну сувору перевірку
Китайські вчені шляхом дослідження спектру променів від високоенергетичного астрофізичного процесу перевірили дійсність теорії відносності (щодо непорушення симетрії Лоренца).
Про це розповідається у пресрелізі Китайської академії наук, передають OstanniPodii.com.
Результати роботи, проведеною Інститутом фізики високих енергій Китайської академії наук, були опубліковані в журналі Physical Review Letters у статті під назвою «Дослідження порушення інваріантності Лоренца від γ-променів надвисоких енергій, які спостерігаються LHAASO».
Відповідно до теорії відносності Ейнштейна, найбільша швидкість матерії у Всесвіті – це швидкість світла. Чи можна порушити це обмеження, можна перевірити шляхом дослідження порушення симетрії Лоренца (інваріантності Лоренца).
«Використовуючи найбільш високоенергетичні у світі гамма-промені, які спостерігала Велика висотна обсерваторія повітряного душу (LHAASO) – великомасштабний експеримент з космічних променів у Даоченгу, провінція Сичуань, Китай – ми перевірили симетрію Лоренца. Отриманий результат у десятки разів покращує енергетичний масштаб руйнування симетрії Лоренца у порівнянні з попереднім найкращим результатом. Це найсуворіший тест форми порушення симетрії Лоренца, який ще раз підтверджує справедливість релятивістської просторово-часової симетрії Ейнштейна», – сказав професор Бі Сяоцзюнь, один з авторів роботи. Професор Бі – науковий співробітник Інституту фізики високих енергій та член колаборації LHAASO.
Який зв’язок між симетрією Лоренца та теорією відносності?
Теорія відносності Ейнштейна, наріжний камінь сучасної фізики, вимагає, щоб фізичні закони володіли лоренцевою симетрію. За понад 100 років відтоді, як Ейнштейн запропонував свою теорію відносності, вірність симетрії Лоренца зазнала численних експериментальних перевірок.
Однак існує непримиренна суперечність між загальною теорією відносності, яка описує гравітацію, і квантовою механікою, яка описує закони мікроскопічного світу. Щоб об’єднати загальну теорію відносності з квантовою механікою, фізики-теоретики докладали невпинних зусиль і розробили такі теорії, як теорія струн і петлева теорія квантової гравітації. Ці теорії передбачають, що симетрія Лоренца, ймовірно, буде порушена при дуже високих енергіях, що означає, що при високих енергіях може знадобитися модифікація теорії відносності.
Тому дуже важливо перевірити теорію відносності та розробити більш фундаментальні закони фізики шляхом пошуку сигналів порушення симетрії Лоренца. Однак, згідно з цими теоріями, ефект порушення симетрії Лоренца є значним лише у так званому енергетичному масштабі Планка, який становить до 10^19 ГеВ (1 ГеВ = 1 мільярд електронвольт).
Оскільки штучні прискорювачі можуть досягати лише приблизно 10^4 ГеВ, ефекти порушення симетрії Лоренца занадто слабкі, щоб їх можна було перевірити в лабораторіях. Але у Всесвіті відбуваються дуже бурхливі астрофізичні процеси, коли частинки можуть бути прискорені до енергій, набагато вищих, ніж досягають штучні прискорювачі. Тому астрофізичні спостереження є природною лабораторією для пошуку ефектів порушення симетрії Лоренца.
LHAASO — це масштабний експеримент з дослідження космічних променів у Китаї. У 2021 році LHAASO зафіксував подію з найвищою у світі енергією гамма-променів, енергія яких сягала до 1,4 ПеВ (1 ПеВ = 10^15 електронвольт). Одночасно зі встановленням світового рекорду, ця подія також надала цінну можливість для вивчення основних законів фізики, таких як симетрія Лоренца.
Порушення симетрії Лоренца може призвести до того, що високоенергетичні фотони стануть нестабільними та швидко розпадатися на пару електрон-позитрон або на три фотони. «Іншими словами, при порушенні симетрії Лоренца, високоенергетичні фотони автоматично зникають під час їхньої подорожі до Землі, що натякає на те, що енергетичний спектр, який ми виміряли, повинен бути усічений при певній енергії», — сказав професор Бі.
Дані від LHAASO показують, що поточний спектр гамма-променів продовжується до високих енергій вище ПеВ, і жодного «таємничого» зникнення будь-яких високоенергетичних гамма-променів виявлено не було. Цей результат показує, що симетрія Лоренца все ще зберігається при наближенні до енергетичного масштабу Планка.
! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.