in

Fizicienii au testat viteza luminii la cele mai mari energii

stea explodand

Fizicienii au efectuat încă cea mai mare probă de energie a vitezei luminii și au descoperit că acesta este încă constant, pretutindeni în Univers, chiar și în razele gamma provenite din surse precum stelele care explodează.

Aceasta înseamnă că, chiar și la cele mai mari energii pe care le putem detecta, unul dintre pilonii teoriei relativității speciale a lui Albert Einstein rămâne ferm.

„Modul în care relativitatea se comportă la energii foarte mari are consecințe reale pentru lumea din jurul nostru”, a spus astrofizicianul Pat Harding al Laboratorului Național Los Alamos din New Mexico.

„Majoritatea modelelor cu gravitație cuantică spun că comportamentul relativității se va descompune la energii foarte mari. Observarea noastră de fotoni cu astfel de energie ridică la toate scala energetică în care relativitatea se menține cu mai mult de un factor de o sută.”

Invarianța Lorentz este un principiu fundamental al relativității speciale. Aceasta exprimă faptul că, indiferent unde te afli în Univers, legile fizicii – inclusiv viteza luminii – rămân aceleași.

Există, totuși, teorii care sugerează că invarianța Lorentz ar putea fi încălcată la energii foarte mari.

Dacă s-ar întâmpla acest lucru, ar fi nevoie de noi legi ale fizicii pentru a le explica. Dar este posibil să putem detecta.

Dacă invarianța Lorentz se rupe la energii mari, atunci fenomenele de mare energie ar trebui să afișeze un comportament neașteptat în contradicție cu relativitatea; lumina, de exemplu, ar putea călători cu viteze diferite.

Aici intră razele gamma. Sunt cea mai scurtă lungime de undă, tipul de lumină cu cea mai mare energie din spectrul electromagnetic, produsă de descompunerea radioactivă a nucleelor ​​atomice.

Ele emit din supernove, stele neutronice, rafale stelare și regiunile din jurul găurilor negre – fenomene spațiale foarte extreme, cu alte cuvinte.

Dacă razele gamma ar accelera sub încălcarea invarianței Lorentz, fotonii cu raze gamma s-ar descompune în particule cu energie mai mică înainte de a ajunge vreodată pe Pământ.

Aceste particule cu energie mai mică pot ajunge sau nu aici, dar nu vor mai fi raze gamma.

Acum, trebuie să discutăm Observatorul Apelor Cherenkov de înaltă altitudine (HAWC). Este cel mai mare altitudine de detector de raze gamma existent, conceput pentru detectarea razelor gamma cu cea mai mare energie, de la 100 miliarde la 100 trilioane de electronvolți (100 gigaelectronvolți, sau GeV, la 100 teraelectronvolți sau TeV).

Asta înseamnă aproximativ 100 de miliarde până la 100 de trilioane de ori de lumina vizibilă – dacă am putea vedea, ar fi orbitor.

Observatorul HAWC este un detector Cherenkov. Este format dintr-o serie de tancuri umplute cu apă, cu tuburi fotomultiplicatoare care pot detecta lumina. Când o rază gamma atinge atmosfera superioară, aceasta pierde energie datorită interacțiunilor cu moleculele atmosferice, creând un duș în cascadă de particule de viteză lumină.

Observatorul HAWC este proiectat să detecteze aceste particule. Când intră în apă la viteze mari, călătoresc (pe scurt) mai repede decât lumina poate călători efectiv prin apă, deoarece apa încetinește lumina.

Aceasta produce un „boom luminal” – echivalentul luminos al unui boom sonic – care produce o strălucire ultravioletă. Această strălucire se numește radiație Cherenkov și este ceea ce ridică tuburile fotomultiplicatoare.

Cu cât este mai mare energia razei gamma, cu atât sunt mai multe particule în dușul rezultat. Astfel fizicienii pot distinge între energiile cu raze gamma.

Prin această metodă, Observatorul HAWC a detectat recent un număr de raze gamma cu energii mai mari de 100 TeV. Numai că acest fapt impune constrângeri la încălcarea invarianței Lorentz – înseamnă că fotonii nu călătoreau mai repede decât viteza luminii în vid.

De fapt, niciunul dintre ei nu a arătat semne ale descompunerii fotonilor asociate cu frânarea invarianței Lorentz.

Asta nu înseamnă că invarianța Lorentz nu se poate rupe cu energii și mai mari, dar înseamnă că nu s-a rupt în limitele noastre detectabile. Și asta este curat.

„Detectarea razelor gamma cu energie mai mare de la distanțe astronomice va permite [verificări] mai stricte asupra relativității”, a spus Harding.

„Întrucât HAWC continuă să ia mai multe date în următorii ani și să încorporeze îmbunătățiri ale detectorului și tehnicilor de analiză conduse de Los Alamos la cele mai mari energii, vom putea studia această fizică și mai departe.”

Cercetarea a fost publicată în Physical Review Letters.

Report

Ce părere ai?

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

covid coronavirus

Este oficial: Au fost depistate peste 1 milion de cazuri de coronavirus global

Cometa interstelară 2I / Borisov se destramă, potrivit noilor date 2

Cometa interstelară 2I / Borisov se destramă, potrivit noilor date