Теория относительности Эйнштейна прошла еще одну строгую проверку

Китайские ученые путём исследования спектра лучей от высокоэнергетического астрофизического процесса проверили действительность теории относительности (насчет ненарушения симметрии Лоренца).

Об этом рассказывается в пресс-релизе Китайской академии наук, передают OstanniPodii.com.

Результаты работы, проведенной Институтом физики высоких энергий Китайской академии наук, были опубликованы в журнале Physical Review Letters в статье под названием «Исследование нарушения инвариантности Лоренца от γ-лучей сверхвысоких энергий, наблюдаемых LHAASO».

Согласно теории относительности Эйнштейна, максимальная скорость материи во Вселенной – это скорость света. Можно ли нарушить это ограничение, можно проверить методом исследования нарушения симметрии Лоренца (инвариантности Лоренца).

«Используя наиболее высокоэнергетические в мире гамма-лучи, наблюдаемые Большой высотной обсерваторией воздушного душа (LHAASO) – крупномасштабный эксперимент по космическим лучам в Даоченге, провинция Сычуань, Китай – мы проверили симметрию Лоренца. Полученный результат в десятки раз улучшает энергетический масштаб разрушения симметрии Лоренца по сравнению с предыдущим результатом. Это самый строгий тест формы нарушения симметрии Лоренца, еще раз подтверждающий справедливость релятивистской пространственно-временной симметрии Эйнштейна», – сказал профессор Би Сяоцзюнь, один из авторов работы. Профессор Би – научный сотрудник Института физики высоких энергий и член коллаборации LHAASO.

Какова связь между симметрией Лоренца и теорией относительности?

Теория относительности Эйнштейна, краеугольный камень современной физики, требует, чтобы физические законы обладали лоренцевой симметрией. За более чем 100 лет с тех пор, как Эйнштейн предложил свою теорию относительности, верность симметрии Лоренца подверглась многочисленным экспериментальным проверкам.

Однако существует непримиримое противоречие между общей теорией относительности, описывающей гравитацию, и квантовой механикой, описывающей законы микроскопического мира. Чтобы объединить общую теорию относительности с квантовой механикой, физики-теоретики прилагали неустанные усилия и разработали такие теории, как теория струн и петлевая теория квантовой гравитации. Эти теории предполагают, что симметрия Лоренца, вероятно, будет нарушена при очень высоких энергиях, что означает, что при высоких энергиях может потребоваться модификация теории относительности.

Новости по подобной теме:

		Новые методы позволят лучше проверить ОТО Эйнштейна с помощью данных LIGO
		Представлена самая точная проверка ключевого компонента общей теории относительности

Поэтому очень важно проверить теорию относительности и создать более фундаментальные законы физики путем поиска сигналов нарушения симметрии Лоренца. Однако, согласно этим теориям, эффект нарушения симметрии Лоренца значителен лишь в так называемом энергетическом масштабе Планка, который составляет до 10^19 ГеВ (1 ГеВ = 1 миллиард электронвольт).

Поскольку искусственные ускорители могут достигать всего примерно 10^4 ГэВ, эффекты нарушения симметрии Лоренца слишком слабы, чтобы их можно было проверить в лабораториях. Но во Вселенной происходят очень бурные астрофизические процессы, когда частицы могут быть ускорены до энергий, гораздо выше, чем достигают искусственные ускорители. Поэтому астрофизические наблюдения являются природной лабораторией для поиска эффектов нарушения симметрии Лоренца.

LHAASO – это масштабный эксперимент по исследованию космических лучей в Китае. В 2021 году LHAASO зафиксировал событие с самой высокой в мире энергией гамма-лучей, энергия которых достигала 1,4 ПэВ (1 ПэВ = 10^15 электронвольт). Одновременно с установлением мирового рекорда это событие также предоставило ценную возможность для изучения основных законов физики, таких как симметрия Лоренца.

Нарушение симметрии Лоренца может привести к тому, что высокоэнергетические фотоны станут нестабильными и быстро распадаются на пару электрон-позитронов или три фотона. «Другими словами, при нарушении симметрии Лоренца, высокоэнергетические фотоны автоматически исчезают во время их путешествия к Земле, что намекает на то, что измеренный энергетический спектр должен быть усечен при определенной энергии», — сказал профессор Би.

Данные от LHAASO показывают, что текущий спектр гамма-лучей продолжается до высоких энергий выше ПэВ, и никакого «таинственного» исчезновения любых высокоэнергетических гамма-лучей обнаружено не было. Этот результат показывает, что симметрия Лоренца все еще сохраняется при приближении к энергетическому масштабу Планка.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Общая теория относительности Эйнштейна