قام باحثون من معهد فيزياء الطاقة العالية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم بفحص صحة نظرية النسبية بأعلى دقة في دراسة بعنوان "استكشاف انتهاك ثوابت لورنتز من أشعة الطاقة الفائقة الارتفاع التي تمت ملاحظتها بواسطة LHAASO" ، والتي تم نشرها في العدد الأخير من استعراض للحروف البدنية.
وفقًا لنظرية النسبية لأينشتاين ، فإن أسرع سرعة للمادة في الكون هي سرعة الضوء. يمكن اختبار ما إذا كان هذا الحد قابلاً للاختراق من خلال فحص كسر تناظر Lorentz أو انتهاك ثبات Lorentz.
المرصد الكبير لدش الهواء العالي الارتفاع (LHAASO) هو مرصد لأشعة غاما والأشعة الكونية في الصين مصمم لمراقبة زخات الهواء الناتجة عن أشعة جاما والأشعة الكونية.
"باستخدام أعلى طاقة أشعة جاما في العالم التي تم رصدها بواسطة مرصد الدش الجوي العالي الارتفاع (LHAASO) ، وهي تجربة أشعة كونية واسعة النطاق في داوتشنغ ، مقاطعة سيتشوان ، الصين ، قمنا باختبار تناظر لورينتز. تعمل النتيجة على تحسين مقياس طاقة الانهيار لتماثل لورنتز بعشرات المرات مقارنة بأفضل نتيجة سابقة. هذا هو الاختبار الأكثر صرامة لشكل كسر تناظر لورنتز ، مما يؤكد مرة أخرى صحة التناظر النسبي للزمكان لأينشتاين ، "قال البروفيسور بي. البروفيسور BI عالم في معهد فيزياء الطاقة العالية وعضو في تعاون LHAASO.
ما العلاقة بين تناظر لورنتز ونظرية النسبية؟
تتطلب نظرية النسبية لأينشتاين ، وهي حجر الزاوية في الفيزياء الحديثة ، أن يكون للقوانين الفيزيائية تناظر لورنتز. في أكثر من 100 عام منذ أن اقترح أينشتاين نظريته النسبية ، خضعت صحة تناظر لورنتز للعديد من الاختبارات التجريبية.
ومع ذلك ، هناك تناقض غير قابل للتوفيق بين النسبية العامة ، التي تصف الجاذبية ، وميكانيكا الكم ، التي تصف قوانين العالم المجهري. من أجل توحيد النسبية العامة وميكانيكا الكم ، بذل علماء الفيزياء النظرية جهودًا متواصلة وطوروا نظريات مثل نظرية الأوتار ونظرية الجاذبية الكمية الحلقية. تتنبأ هذه النظريات بأن تناظر لورنتز من المحتمل أن ينكسر عند طاقات عالية جدًا ، مما يعني أن النسبية قد تحتاج إلى تعديل عند الطاقات العالية.
لذلك ، من الأهمية بمكان اختبار نظرية النسبية وتطوير المزيد من القوانين الأساسية للفيزياء من خلال البحث عن إشارات كسر تناظر لورنتز. ومع ذلك ، وفقًا لهذه النظريات ، فإن تأثير كسر تناظر لورنتز مهم فقط في ما يسمى بمقياس الطاقة بلانك ، والذي يصل إلى 1019 جيجا إلكترون فولت (1 جيجا إلكترون فولت = 1 مليار إلكترون فولت).
نظرًا لأن المسرعات الاصطناعية لا يمكن أن تصل إلا إلى حوالي 104 GeV ، فإن تأثيرات كسر تناظر Lorentz أضعف من أن يتم اختبارها في المختبرات. ولكن هناك عمليات فيزيائية فلكية عنيفة جدًا في الكون حيث يمكن تسريع الجسيمات إلى طاقات أعلى بكثير مما يمكن أن تصل إليه المسرعات الاصطناعية. لذلك ، تعتبر الملاحظات الفيزيائية الفلكية مختبرًا طبيعيًا للبحث عن تأثيرات كسر تناظر لورينتز.
LHAASO هي تجربة أشعة كونية واسعة النطاق في الصين. أثناء عملية البناء في عام 2021 ، سجل LHAASO أعلى حدث لأشعة جاما للطاقة في العالم ، حيث تصل طاقته إلى 1.4 PeV (1 PeV = 1015 إلكترون فولت). في نفس الوقت الذي سجل فيه رقمًا قياسيًا عالميًا ، قدم أيضًا فرصة ثمينة لاستكشاف القوانين الأساسية للفيزياء ، مثل تناظر لورنتز.
قد يتسبب كسر تناظر لورنتز في جعل الفوتونات عالية الطاقة غير مستقرة ، وتتحلل بسرعة إلى زوج إلكترون-بوزيترون أو إلى ثلاثة فوتونات. قال البروفيسور BI: "بعبارة أخرى ، تختفي الفوتونات عالية الطاقة تلقائيًا أثناء رحلتها إلى الأرض إذا تم كسر تناظر لورنتز ، مما يعني أنه يجب اقتطاع طيف الطاقة الذي قمنا بقياسه عند طاقة معينة".
تُظهر البيانات من LHAASO أن طيف أشعة جاما الحالي يستمر في ارتفاع طاقاته فوق PeV ، ولم يتم العثور على اختفاء "غامض" لأي أحداث أشعة جاما عالية الطاقة. تظهر هذه النتيجة أن تناظر لورنتز لا يزال قائما عند الاقتراب من مقياس الطاقة بلانك.
المرجع: "استكشاف انتهاك الثبات لورنتز من الطاقة الفائقة؟ الأشعة التي رصدها LHAASO "بقلم Zhen Cao et al. (LHAASO Collaboration) ، 3 فبراير 2022 ، استعراض للحروف البدنية.
دوى: 10.1103 / PhysRevLett.128.051102
