Watafiti kutoka Taasisi ya Fizikia ya Nishati ya Juu ya Chuo cha Sayansi cha China walichunguza uhalali wa nadharia ya uhusiano na ya juu zaidi. usahihi katika utafiti unaoitwa "Kuchunguza Ukiukaji wa Invariance wa Lorentz kutoka kwa Ultrahigh-Energy ?Rays Observed by LHAASO," ambayo ilichapishwa katika toleo jipya zaidi la Kimwili Review Letters.
Kulingana na nadharia ya Einstein ya uhusiano, kasi ya haraka ya maada katika Ulimwengu ni kasi ya mwanga. Ikiwa kikomo hicho kinaweza kukiuka kinaweza kujaribiwa kwa kuchunguza ukiukaji wa ulinganifu wa Lorentz au ukiukaji wa invariance wa Lorentz.
Kichunguzi Kikubwa cha Mvua ya Hewa ya Urefu wa Juu (LHAASO) ni uchunguzi wa mionzi ya gamma na miale ya cosmic-ray nchini China ambayo imeundwa kuchunguza mvua za hewa zinazosababishwa na miale ya gamma na miale ya cosmic.
“Kwa kutumia miale ya juu zaidi ya nishati ya gamma duniani inayoangaliwa na Kituo Kikubwa cha Uangalizi wa Uoga wa Hewa (LHAASO), jaribio kubwa la miale ya anga katika Daocheng, jimbo la Sichuan, Uchina, tulijaribu ulinganifu wa Lorentz. Matokeo huboresha kiwango cha nishati cha kuvunja cha ulinganifu wa Lorentz kwa mara kadhaa ikilinganishwa na matokeo bora zaidi ya hapo awali. Hili ni jaribio kali zaidi la uvunjaji wa ulinganifu wa Lorentz, na kuthibitisha kwa mara nyingine tena uhalali wa ulinganifu wa muda wa angahewa wa Einstein,” alisema Prof. BI Xiaojun, mmoja wa waandishi sambamba wa karatasi hiyo. Prof. BI ni mwanasayansi katika Taasisi ya Fizikia ya Nishati ya Juu na mwanachama wa ushirikiano wa LHAASO.
Kuna uhusiano gani kati ya ulinganifu wa Lorentz na nadharia ya uhusiano?
Nadharia ya Einstein ya uhusiano, msingi wa fizikia ya kisasa, inahitaji sheria za kimwili ziwe na ulinganifu wa Lorentz. Katika zaidi ya miaka 100 tangu Einstein apendekeze nadharia yake ya uhusiano, uhalali wa ulinganifu wa Lorentz umepitia majaribio mengi ya majaribio.
Hata hivyo, kuna mkanganyiko usioweza kusuluhishwa kati ya uhusiano wa jumla, ambao unaelezea mvuto, na mechanics ya quantum, ambayo inaelezea sheria za ulimwengu wa microscopic. Ili kuunganisha uhusiano wa jumla na mechanics ya quantum, wanafizikia wa kinadharia wamefanya juhudi zisizo na kikomo na wameunda nadharia kama vile nadharia ya kamba na nadharia ya mvuto wa kitanzi. Nadharia hizi zinatabiri kuwa ulinganifu wa Lorentz unaweza kuvunjika kwa nishati ya juu sana, ambayo ina maana kwamba uhusiano unaweza kuhitaji kurekebishwa kwa nguvu nyingi.
Kwa hivyo, ni muhimu kujaribu nadharia ya uhusiano na kukuza sheria za kimsingi zaidi za fizikia kwa kutafuta ishara za kuvunja ulinganifu wa Lorentz. Walakini, kulingana na nadharia hizi, athari ya kuvunja ulinganifu wa Lorentz ni muhimu tu katika kiwango kinachojulikana kama nishati ya Planck, ambayo ni hadi 1019 GeV (1 GeV = volti bilioni 1 za elektroni).
Kwa kuwa vichapuzi bandia vinaweza tu kufikia takriban 104 GeV, athari za kuvunja ulinganifu wa Lorentz ni dhaifu sana kuweza kujaribiwa katika maabara. Lakini kuna michakato yenye jeuri ya angavu katika ulimwengu ambapo chembe zinaweza kuharakishwa hadi kwa nishati zilizo juu zaidi kuliko vile vichapuzi vinavyotengenezwa na binadamu vinaweza kufikia. Kwa hivyo, uchunguzi wa kiangazi ni maabara ya asili ya kutafuta athari za kuvunja ulinganifu wa Lorentz.
LHAASO ni jaribio la kiwango kikubwa cha miale ya ulimwengu nchini Uchina. Wakati wa mchakato wa ujenzi mnamo 2021, tukio la juu zaidi la mionzi ya gamma ulimwenguni lilirekodiwa na LHAASO, na nishati yake hadi 1.4 PeV (1 PeV = volts elektroni 1015). Wakati huo huo kuweka rekodi ya ulimwengu, pia ilitoa fursa muhimu ya kuchunguza sheria za kimsingi za fizikia, kama vile ulinganifu wa Lorentz.
Kuvunjika kwa ulinganifu wa Lorentz kunaweza kusababisha fotoni zenye nishati ya juu kutokuwa dhabiti, kuoza kwa haraka na kuwa jozi ya elektroni-positron au kuwa fotoni tatu. "Kwa maneno mengine, fotoni zenye nishati nyingi hutoweka moja kwa moja kwenye safari yao ya Dunia ikiwa ulinganifu wa Lorentz utavunjwa, ambayo ina maana kwamba wigo wa nishati tuliyopima unapaswa kupunguzwa kwa nishati fulani," alisema Prof. BI.
Data kutoka kwa LHAASO inaonyesha kwamba wigo wa sasa wa mionzi ya gamma unaendelea kuwa na nishati nyingi zaidi ya PeV, na hakuna upotevu "wa ajabu" wa matukio yoyote ya mionzi ya gamma yenye nishati ya juu ambayo imepatikana. Matokeo haya yanaonyesha kuwa ulinganifu wa Lorentz bado unadumishwa inapokaribia kipimo cha nishati cha Planck.
Rejea: “Kuchunguza Ukiukaji wa Ukiukaji wa Lorentz kutoka kwa Ultrahigh-Energy ? Miale Inayozingatiwa na LHAASO” na Zhen Cao et al. (Ushirikiano wa LHAASO), 3 Februari 2022, Kimwili Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.051102
