A Kínai Tudományos Akadémia Nagyenergiájú Fizikai Intézetének kutatói a legnagyobb mértékben vizsgálták a relativitáselmélet érvényességét. pontosság „Exploring Lorentz Invariance Violation from Ultrahigh-Energy ?Rays Observed by LHAASO” című tanulmányban, amely a legutóbbi számban jelent meg. Fizikai áttekintés betűk.
Einstein relativitáselmélete szerint az Univerzumban az anyag leggyorsabb sebessége a fénysebesség. Hogy ez a határ átsérthető-e, azt a Lorentz-szimmetria-törés vagy a Lorentz-invariancia-sértés vizsgálatával ellenőrizhetjük.
A Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) egy kínai gamma- és kozmikus sugárzási obszervatórium, amelyet a gamma- és kozmikus sugarak által kiváltott légzáporok megfigyelésére terveztek.
„A világ legnagyobb energiájú gamma-sugarainak felhasználásával, amelyeket a Large High Altitude Air-shower Observatory (LHAASO) figyelt meg, egy nagyszabású kozmikus sugárzási kísérlet Daochengben, Szecsuán tartományban, Kínában, teszteltük a Lorentz-szimmetriát. Az eredmény a korábbi legjobb eredményhez képest több tucatszor javítja a Lorentz-szimmetria törési energiaskáláját. Ez a legszigorúbb teszt a Lorentz-szimmetriát megtörő formára vonatkozóan, amely ismét megerősíti Einstein relativisztikus tér-idő szimmetriájának érvényességét” – mondta Prof. BI Xiaojun, a tanulmány egyik megfelelő szerzője. Prof. BI a High Energy Physics Intézet tudósa és az LHAASO együttműködés tagja.
Mi a kapcsolat a Lorentz-szimmetria és a relativitáselmélet között?
Einstein relativitáselmélete, a modern fizika sarokköve, megköveteli, hogy a fizikai törvények Lorentz-szimmetriával rendelkezzenek. Az elmúlt több mint 100 év alatt, amióta Einstein felvetette a relativitáselméletet, a Lorentz-szimmetria érvényessége számos kísérleti teszten esett át.
Feloldhatatlan ellentmondás van azonban a gravitációt leíró általános relativitáselmélet és a mikroszkopikus világ törvényeit leíró kvantummechanika között. Az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika egyesítése érdekében az elméleti fizikusok lankadatlan erőfeszítéseket tettek, és olyan elméleteket dolgoztak ki, mint a húrelmélet és a hurokkvantumgravitációs elmélet. Ezek az elméletek azt jósolják, hogy a Lorentz-szimmetria valószínűleg megtörik nagyon nagy energiáknál, ami azt jelenti, hogy a relativitáselméletet nagy energiáknál módosítani kell.
Ezért kulcsfontosságú a relativitáselmélet tesztelése és a fizika alapvető törvényeinek kidolgozása a Lorentz-szimmetria-törés jeleinek keresésével. Ezen elméletek szerint azonban a Lorentz-szimmetria-törés hatása csak az úgynevezett Planck-energiaskálán jelentős, ami 1019 GeV-ig (1 GeV = 1 milliárd elektronvolt) terjed.
Mivel a mesterséges gyorsítók csak körülbelül 104 GeV-ot tudnak elérni, a Lorentz-szimmetria-törés hatásai túl gyengék ahhoz, hogy laboratóriumokban teszteljék őket. De vannak nagyon heves asztrofizikai folyamatok az univerzumban, ahol a részecskéket sokkal nagyobb energiákra lehet felgyorsítani, mint amit az ember alkotta gyorsítók el tudnak érni. Ezért az asztrofizikai megfigyelések természetes laboratóriumot jelentenek a Lorentz-szimmetria-törés hatásainak keresésére.
Az LHAASO egy nagyszabású kozmikus sugárkísérlet Kínában. A 2021-es építési folyamat során a világ legnagyobb energiájú gammasugárzás eseményét az LHAASO rögzítette, energiája elérte az 1.4 PeV-ot (1 PeV = 1015 elektronvolt). A világrekord felállításával egy időben értékes lehetőséget nyújtott a fizika alapvető törvényeinek, például a Lorentz-szimmetria feltárására is.
A Lorentz-szimmetria megtörése a nagy energiájú fotonok instabillá válását okozhatja, amelyek gyorsan elektron-pozitron párrá vagy három fotonná bomlanak. „Más szóval, a nagy energiájú fotonok automatikusan eltűnnek a Föld felé vezető úton, ha a Lorentz-szimmetria megsérül, ami azt jelenti, hogy az általunk mért energiaspektrumot egy adott energiánál csonkolni kell” – mondta Prof. BI.
Az LHAASO adatai azt mutatják, hogy a jelenlegi gammasugár-spektrum továbbra is a PeV feletti energiákkal rendelkezik, és a nagyenergiájú gammasugárzási események „rejtélyes” eltűnését nem találták. Ez az eredmény azt mutatja, hogy a Lorentz-szimmetria továbbra is megmarad, amikor megközelítjük a Planck-energiaskálát.
Hivatkozás: „A Lorentz-féle változatlanság megsértésének feltárása az Ultrahigh-Energy-ből? Az LHAASO által megfigyelt sugarak”, Zhen Cao et al. (LHAASO együttműködés), 3. február 2022., Fizikai áttekintés betűk.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.128.051102
