墨西哥火山的極端實驗挑戰了光速

2020-12-04 小沙丘的故事

從附近的滅絕頂部的實驗新的測量墨西哥火山都放在一個嚴格的新限制的光線是否會超過宇宙的知名的最高速度。

物理學家精心設計的理論可以很好地解釋宇宙的大部分內容,但是這些理論在極端情況下會失敗,例如物質在黑洞表面或大爆炸之後的相互作用。測試阿爾伯特·愛因斯坦理論的局限性,以便發展出涵蓋這些極端現象的更廣泛的理論,已經成為整個物理學領域。但是,隨著每一次測試,現代物理學理論都無法屈服。perh 提出了一項新的實驗,這是他們迄今為止最大的挑戰。

研究作者之一,洛斯阿拉莫斯國家實驗室的天體物理學家帕特·哈丁(Pat Harding)對Gizmodo表示:「我的直覺反應令人震驚,」 這項新研究將愛因斯坦著名理論的影響範圍擴展到了無法直接在地球或太空中獲取的能量。

一些物理學家試圖用一些想法(例如弦理論)來解釋宇宙的奧秘,這些想法與公認的理論產生了微小的偏差。這些偏差僅在極端情況下才會出現,例如超高能粒子。物理學家在這裡尋找這樣的偏差,以了解宇宙是否違反了一個足夠成熟的特徵,即對於能量足夠高的光子而言,稱為洛倫茲不變性。洛倫茲不變性說,物理定律對於每個 靜止的人都是相同的(無論他們在空間中的方位如何)或以恆定速度運動(使用數學公式在固定框架和移動框架之間進行轉換)。這種對稱性的結果是真空中輕粒子速度的恆定值,該值略低於每秒3億米。

違反此洛倫茲不變性可能會導致極高能量的光以比此最高速度更快或更慢的速度傳播,並且這種違反可能會產生明顯的影響。這些粒子也會衰變或分裂,無法到達地球。這將以足夠高的能量擊中實驗的光子數量出現下降。因此,墨西哥高空切倫科夫(HAWC)天文臺的物理學家開始尋找籤名。

HAWC由數以百計的大型水箱組成,這些水箱位於墨西哥Sierra Negra火山頂部附近。您可以從我們的訪問中了解有關HAWC的更多信息,但是基本上,高能粒子會與大氣相互作用,從而形成粒子簇狀,當它們與水相互作用時會產生小的閃光。光電倍增管將這些閃光轉化為信號,科學家們可以根據產生信號的桶來重建導致閃光的粒子。

結合更好的方法來計算入射光子的能量,數據很清楚:這裡沒有下降。HAWC繼續看到來自天體來源的光子,其能量高達285 TeV,是地球上最強大的粒子物理實驗「大型強子對撞機」的一束粒子束的40倍以上。這些伽馬射線的存在排除了這些能量最高的光子的光速傳播。而且,根據聖保羅大學的物理學家溫貝託·馬丁內斯·於爾塔(HumbertoMartínez-Huerta)的說法,通過數學工作,這也使這種違反洛倫茲不變性理論可以存在的最小能量尺度增加了一百倍。

基本上,即使令人難以置信的高能光粒子也仍然以光速行進,我們知道這是因為地球上的實驗可以測量它們。根據《物理評論快報》上發表的論文,這種觀察結果限制了物理學家在嘗試解決其懸而未決的問題時可以採用哪種擴展方法。

馬丁內斯-赫爾塔解釋說,但是這種觀察並不限制對愛因斯坦理論的各種擴展。也許在其他粒子中可能會出現對Lorentz的方方面面的違反,或者它們可能導致某些光子的傳播速度慢於光速。

印第安納大學的一位未參與這項研究的物理學家拉爾夫·萊納特(Ralf Lehnert)告訴吉茲莫多,這項工作很紮實。他重申,這只是衡量Lorentz不變性違規的一種方法。但是,他說,這項研究增加了數十個其他測試,以尋找此類違法行為的證據,但尚未找到任何證據。

科學家計劃擴大搜索範圍,因為HAWC的科學家添加了更多的水桶並提高了實驗的敏感性。但是再一次,愛因斯坦的理論相對論拒絕讓步,甚至對案件的最極端的。

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