Navorsers van die Instituut vir Hoë Energie Fisika van die Chinese Akademie van Wetenskappe het die geldigheid van die relatiwiteitsteorie met die hoogste akkuraatheid in 'n studie getiteld "Exploring Lorentz Invariance Violation from Ultrahigh-Energy ?Rays Observed by LHAASO," wat gepubliseer is in die jongste uitgawe van Physical Review Letters.
Volgens Einstein se relatiwiteitsteorie is die vinnigste spoed van materie in die heelal die spoed van lig. Of daardie limiet oortreebaar is, kan getoets word deur Lorentz-simmetrie-onderbreking of Lorentz-invariansie-oortreding te ondersoek.
Die Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) is 'n gamma-straal- en kosmiese-straal-sterrewag in China wat ontwerp is om lugbuie waar te neem wat deur gammastrale en kosmiese strale veroorsaak word.
“Deur die wêreld se gammastrale met die hoogste energie te gebruik wat deur die Large High Altitude Air-shower Observatory (LHAASO), 'n grootskaalse kosmiese straal-eksperiment in Daocheng, Sichuan-provinsie, China, waargeneem is, het ons Lorentz-simmetrie getoets. Die resultaat verbeter die breekenergieskaal van Lorentz-simmetrie met dosyne kere in vergelyking met die vorige beste resultaat. Dit is die strengste toets van 'n Lorentz-simmetrie-breekvorm, wat weereens die geldigheid van Einstein se relativistiese ruimte-tyd-simmetrie bevestig,” het prof. BI Xiaojun, een van die koerant se ooreenstemmende skrywers, gesê. Prof. BI is 'n wetenskaplike by die Instituut vir Hoë Energie Fisika en 'n lid van die LHAASO-samewerking.
Wat is die verband tussen Lorentz-simmetrie en die relatiwiteitsteorie?
Einstein se relatiwiteitsteorie, die hoeksteen van moderne fisika, vereis dat fisiese wette Lorentz-simmetrie het. In die meer as 100 jaar sedert Einstein sy relatiwiteitsteorie voorgestel het, het die geldigheid van Lorentz-simmetrie talle eksperimentele toetse ondergaan.
Daar is egter 'n onversoenbare teenstrydigheid tussen algemene relatiwiteit, wat swaartekrag beskryf, en kwantummeganika, wat die wette van die mikroskopiese wêreld beskryf. Ten einde algemene relatiwiteit en kwantummeganika te verenig, het teoretiese fisici onophoudelike pogings aangewend en teorieë soos snaarteorie en lus-kwantumswaartekragteorie ontwikkel. Hierdie teorieë voorspel dat Lorentz-simmetrie waarskynlik by baie hoë energieë gebreek sal word, wat beteken dat relatiwiteit moontlik by hoë energieë aangepas moet word.
Daarom is dit van kardinale belang om die relatiwiteitsteorie te toets en meer fundamentele wette van fisika te ontwikkel deur te soek na seine van Lorentz-simmetriebreek. Volgens hierdie teorieë is die effek van Lorentz-simmetrie-breek egter slegs betekenisvol op die sogenaamde Planck-energieskaal, wat tot 1019 GeV (1 GeV = 1 biljoen elektronvolts) is.
Aangesien kunsmatige versnellers slegs ongeveer 104 GeV kan bereik, is die uitwerking van Lorentz-simmetrie-breek te swak om in laboratoriums getoets te word. Maar daar is baie gewelddadige astrofisiese prosesse in die heelal waar deeltjies versnel kan word tot energieë wat baie hoër is as wat mensgemaakte versnellers kan bereik. Astrofisiese waarnemings is dus 'n natuurlike laboratorium om na die effekte van Lorentz-simmetrie-breek te soek.
LHAASO is 'n grootskaalse kosmiese straal-eksperiment in China. Tydens die konstruksieproses in 2021 is die wêreld se gammastraalgebeurtenis met die hoogste energie aangeteken deur LHAASO, met sy energie tot 1.4 PeV (1 PeV = 1015 elektronvolt). Terselfdertyd as die opstel van 'n wêreldrekord, het dit ook 'n waardevolle geleentheid gebied om die basiese wette van fisika, soos Lorentz-simmetrie, te ondersoek.
Die breek van Lorentz-simmetrie kan veroorsaak dat hoë-energiefotone onstabiel word, wat vinnig in 'n elektron-positronpaar of in drie fotone verval. "Met ander woorde, die hoë-energie-fotone verdwyn outomaties op hul reis na die Aarde as Lorentz-simmetrie gebreek word, wat impliseer dat die energiespektrum wat ons gemeet het by 'n spesifieke energie afgekap moet word," het prof. BI gesê.
Die data van LHAASO toon dat die huidige gammastraalspektrum voortgaan tot hoë energieë bo PeV, en geen "geheimsinnige" verdwyning van enige hoë-energie gammastraalgebeurtenisse is gevind nie. Hierdie resultaat toon dat Lorentz-simmetrie steeds gehandhaaf word wanneer die Planck-energieskaal benader word.
Verwysing: “Verkenning van Lorentz-invariansieskending van ultrahoë energie? Strale waargeneem deur LHAASO” deur Zhen Cao et al. (LHAASO-samewerking), 3 Februarie 2022, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.128.051102
