Θεωρίες φυσικής

Φυσικοί βρήκαν ότι η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και στις ακτίνες-γ

Written by Δ.Μ.

Φυσικοί έχουν διεξαγάγει την καλύτερη έως τώρα δοκιμασία της ταχύτητας φωτός και έχουν διαπιστώσει ότι είναι σταθερή παντού στο σύμπαν, ακόμη και στις ακτίνες γάμμα που εκπέμπονται από πηγές όπως τα αστέρια που εκρήγνυνται (σουπερνόβα) . Αυτό σημαίνει ότι, ακόμη και στις υψηλότερες ενέργειες, ένας από τους πυλώνες της θεωρίας της ειδικής σχετικότητας του Albert Einstein παραμένει σταθερός.

Share

Φυσικοί του Εργαστηρίου Los Alamos έχουν διεξαγάγει την καλύτερη έως τώρα δοκιμασία της ταχύτητας φωτός και έχουν διαπιστώσει ότι είναι σταθερή παντού στο σύμπαν, ακόμη και στις ακτίνες γάμμα που εκπέμπονται από πηγές όπως τα αστέρια που εκρήγνυνται (σουπερνόβα) .  Αυτό σημαίνει ότι, ακόμη και στις υψηλότερες ενέργειες, ένας από τους πυλώνες της θεωρίας της ειδικής σχετικότητας του Albert Einstein παραμένει σταθερός.

ultra-high-energy-gamma-rays_mdΣύνθετο γραφικό με θέα τον ουρανό με ακτίνες γάμμα εξαιρετικά υψηλής ενέργειας

“Το πώς συμπεριφέρεται η σχετικότητα σε πολύ υψηλές ενέργειες έχει πραγματικές συνέπειες για τον κόσμο γύρω μας”, δήλωσε ο αστροφυσικός Pat Haring του Εθνικού Εργαστηρίου του Los Alamos στο Νέο Μεξικό.

“Τα περισσότερα μοντέλα κβαντικής βαρύτητας λένε ότι η συμπεριφορά της σχετικότητας θα καταρρεύσει σε πολύ υψηλές ενέργειες. Η παρατήρησή μας σε τέτοια υψηλής ενέργειας φωτόνια αυξάνει πάντως την ενεργειακή κλίμακα, όπου η σχετικότητα διατηρείται περισσότερο από έναν παράγοντα εκατό.

Το αναλλοίωτο ή αμετάβλητο σε κάθε μετασχηματισμό Lorentz αποτελεί θεμελιώδη αρχή της ειδικής σχετικότητας. Εκφράζει ότι, ανεξάρτητα από το πού βρίσκεστε στο Σύμπαν, οι φυσικοί νόμοι – συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας του φωτός – παραμένουν οι ίδιοι.

Υπάρχουν, ωστόσο, θεωρίες που υποδηλώνουν ότι το αναλλοίωτο του μετασχηματισμού Lorentz θα μπορούσε να παραβιαστεί σε πολύ υψηλές ενέργειες.

Αν αυτό συνέβαινε, θα χρειαζόμασταν νέους νόμους της φυσικής για να το εξηγήσουμε. Όμως πρέπει επίσης και να είμαστε ικανοί να το εντοπίσουμε.

Αν το αναλλοίωτο Lorentz σπάσει σε υψηλές ενέργειες, τότε τα φαινόμενα υψηλής ενέργειας θα πρέπει να εμφανίζουν απροσδόκητη συμπεριφορά ασυμβίβαστη με τη σχετικότητα. Το φως, για παράδειγμα, θα μπορούσε να ταξιδέψει με διαφορετικές ταχύτητες.

Εδώ έρχονται οι ακτίνες γάμμα. Είναι το πιο μικρό μήκος κύματος στον κόσμο, η ακτινοβολία με την υψηλότερη ενέργεια στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, που παράγεται από τη ραδιενεργή αποσύνθεση των ατομικών πυρήνων.

Εκπέμπονται όμως και από τις υπερκαινοφανείς, τα αστέρια νετρονίων, κατά τις αστρικές εκλάμψεις και τις περιοχές γύρω από τις μαύρες τρύπες – πολύ ακραία φαινόμενα χώρου, με άλλα λόγια.

Εάν οι ακτίνες γάμμα επρόκειτο να επιταχυνθούν κάτω από την παραβίαση του αναλλοίωτου Lorentz, τα φωτόνια ακτίνων γάμμα θα αποσυντεθούν σε σωματίδια χαμηλότερης ενέργειας πριν φτάσουν ποτέ στη Γη.

Αυτά τα σωματίδια χαμηλής ενέργειας μπορούν ή δεν μπορούν  να φτάσουν εδώ, αλλά δεν θα ήταν ακτίνες γάμμα πια.

Το Παρατηρητήριο Cherenkov Υψηλού Υψόμετρου (HAW είναι ένας ανιχνευτής ακτίνων γάμμα που βρίσκεται στο πιο υψηλό υψόμετρο που έχει σχεδιαστεί ποτέ, για την ανίχνευση ακτίνων γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας, από 100 δισεκατομμύρια έως 100 τρισεκατομμύρια eV.

Αυτή η ενέργεια είναι περίπου 100 δισεκατομμύρια έως 100 τρισεκατομμύρια φορές την ενέργεια του ορατού φωτός – αν μπορούσαμε να το δούμε, θα ήταν αόρατο.

Το Παρατηρητήριο HAWC είναι ένας ανιχνευτής Cherenkov. Αποτελείται από μια σειρά από δεξαμενές γεμάτες με νερό, με φωτοπολλαπλασιαστές που μπορούν να ανιχνεύσουν το αόρατο φως. Όταν μια ακτίνα γάμμα πλήττει την ανώτερη ατμόσφαιρα, χάνει ενέργεια λόγω των αλληλεπιδράσεων με τα ατμοσφαιρικά μόρια, δημιουργώντας ένα ντους  (πίδακα) από σωματίδια ταχύτητας του φωτός.

Αυτά τα σωματίδια έχει σχεδιαστεί για να εντοπίζει το Παρατηρητήριο HAWC. Όταν εισέρχονται στο νερό με υψηλές ταχύτητες, ταξιδεύουν (πολύ γρήγορα) ταχύτερα από ό, τι το φως μπορεί πραγματικά να ταξιδέψει μέσα στο νερό, καθώς το νερό επιβραδύνει λίγο το φως.

Αυτό παράγει μια «δυνατή λάμψη» – σαν μια ηχητική έκρηξη  – η οποία παράγει μια υπεριώδη λάμψη. Αυτή η λάμψη ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov , και αυτή είναι που λαμβάνουν οι φωτοπλασιαστικοί σωλήνες.

Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια των ακτίνων γάμμα, τόσο περισσότερα σωματίδια προκύπτουν στο ντους. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο οι φυσικοί μπορούν να διακρίνουν τις ενέργειες των ακτίνων γάμμα.

Με αυτή τη μέθοδο, το παρατηρητήριο HAWC πρόσφατα ανίχνευσε αριθμό ακτίνων γάμμα με ενέργεια μεγαλύτερη από 100 TeV . Το γεγονός αυτό από μόνο του θέτει εμπόδια στην παραβίαση του αναλλοίωτου Lorentz – αυτό σημαίνει ότι τα φωτόνια δεν ταξίδευαν ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός στον κενό  χώρο.

Στην πραγματικότητα, κανένα από αυτά δεν έδειξε κανένα σημάδι της διάσπασης των φωτονίων, που σχετίζεται με τό σπάσιμο του αναλλοίωτου Lorentz.

Αυτό δεν σημαίνει ότι το αναλλοίωτο  Lorentz δεν μπορεί να σπάσει σε ακόμα υψηλότερες ενέργειες, αλλά σημαίνει ότι δεν έχει σπάσει μέσα στα ανιχνεύσιμα όριά μας. Και αυτό είναι πραγματικά που βλέπουμε.

“Οι ανιχνεύσεις ακτίνων γάμμας ακόμη υψηλότερης ενέργειας από αστρονομικές αποστάσεις θα επιτρέψουν σε πιο αυστηρούς ελέγχους στη σχετικότητα”, δήλωσε ο Harding .

“Καθώς το Παρατηρητήριο HAWC θα συνεχίζει να λαμβάνει περισσότερα στοιχεία τα επόμενα χρόνια και να ενσωματώνει τις βελτιώσεις σε υψηλότερες ενέργειες, θα μπορέσουμε να μελετήσουμε ακόμα καλύτερα αυτή τη φυσική”.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share