Главная Наука Фотон-нарушитель: как частица от «самого яркого взрыва» бросила вызов Эйнштейну
Наука

Фотон-нарушитель: как частица от «самого яркого взрыва» бросила вызов Эйнштейну

Фотон рекордной энергии от гамма-всплеска BOAT не должен был долететь до Земли. Новое исследование предполагает, что он использовал «быструю полосу» — благодаря нарушению лоренц-инвариантности и превращению в аксионоподобные частицы.

Поделитесь
Фотон-нарушитель: как частица от «самого яркого взрыва» бросила вызов Эйнштейну
Поделитесь

 

Фотон, или частица света, от крупнейшего космического взрыва со времен Большого взрыва, получившего прозвище «BOAT» (от англ. brightest of all time — самый яркий за всю историю), не должен был достичь Земли. То есть если только он не нарушил правила, установленные Эйнштейном. Теперь ученые, возможно, знают, как ему это удалось: новое исследование предполагает, как высокоэнергетический фотон мог пережить путешествие длиной более двух миллиардов световых лет, не будучи поглощенным.

BOAT — гамма-всплеск, официально обозначенный GRB 221009A, — был впервые обнаружен 9 октября 2022 года. Среди океана фотонов от этого события, пролившихся на нашу планету, был самый высокоэнергетический фотон, когда-либо зарегистрированный от гамма-всплеска. Он был обнаружен установкой Carpet — детектором космических лучей сверхвысоких энергий, расположенным в Баксанской обсерватории на российском Кавказе.

Проблема в том, что согласно всем текущим законам физики частица с такой высокой энергией не должна достигать Земли от взрыва, произошедшего на таком огромном расстоянии. Дело в том, что космос не пуст: он заполнен «ископаемым» радиационным полем фотонов, оставшихся от времени сразу после Большого взрыва, называемым космическим микроволновым фоном (CMB). Должно быть практически невозможно, чтобы высокоэнергетический фотон пролетел 2 миллиарда световых лет, не взаимодействуя с фотоном CMB и не трансформируясь. И все же он пришел.

«Мы начали с очень простого вопроса: как этот фотон пережил путешествие, которое, согласно известной физике, должно было его уничтожить? — сказал в заявлении руководитель команды Джорджо Галанти из Итальянского национального института астрофизики (INAF). — Новые данные эксперимента Carpet показали нам, что предложенные до сих пор объяснения больше не достаточны».

«Поэтому мы искали теоретический сценарий, способный последовательно описать то, что мы наблюдаем, не прибегая к произвольным поправкам в уравнениях».

Гипотетическая трансформация

Чтобы исследовать загадку того, как этот высокоэнергетический фотон достиг нашей планеты, Галанти и его коллеги обратились к невероятно легким гипотетическим частицам, называемым аксионоподобными частицами (ALP).

ALP могли бы служить решением этой головоломки через механизм, позволяющий фотонам превращаться в ALP во время путешествия, а затем снова превращаться в фотоны при достижении Млечного Пути. Проблема в том, что это все еще не может объяснить такой высокоэнергетический фотон.

Команда объединила идею ALP с предложенным нарушением одного из фундаментальных принципов специальной теории относительности Эйнштейна 1905 года, называемого «лоренц-инвариантностью».

Кратко: лоренц-инвариантность гласит, что наблюдатели, движущиеся с разными скоростями, должны испытывать одни и те же физические законы. Команда проверила идею о том, что лоренц-инвариантность может нарушаться при высоких энергиях, изменяя таким образом распространение фотонов в пространстве.

В сценарии, разработанном командой, фотон избежал бы уничтожения при взаимодействии с CMB, поскольку избегал бы взаимодействия с этими ископаемыми фотонами.

Прочитайте также  Ученые создали новый атлас вод океана, испытывающих кислородный голод

Таким образом, новое исследование подразумевает, что при достаточно высоких энергиях фотоны могут использовать «быструю полосу» через прозрачную Вселенную, уклоняясь от физики, которая обычно вынуждает их к разрушительной трансформации.

 

Интересно, что есть некоторые свидетельства, связанные с BOAT, которые, по-видимому, подтверждают эту теорию. Согласно картине, разработанной командой, этот высокоэнергетический фотон должен был прибыть на Землю примерно через час после менее энергетических частиц света, исходящих от BOAT. И действительно, именно это и произошло.

«Самый интересный аспект нашей работы в том, что она впервые объединяет две идеи, которые до сих пор разрабатывались отдельно, — сказал участник команды Марко Ронкаделли из Национального института ядерной физики (INFN). — Если будущие наблюдения подтвердят этот сценарий, Вселенная станет естественной лабораторией для изучения квантовой гравитации при энергиях, колоссально превышающих достижимые любым ускорителем, построенным на Земле».

Исследование команды доступно на репозитории arXiv и принято к публикации в журнале Physical Review Letters.

Фотон, который не должен был выжить

История BOAT — это история о том, как Вселенная оказывается страннее, чем мы думаем.

В 2022 году астрономы зафиксировали самый мощный гамма-всплеск за всю историю наблюдений. Он был настолько ярким, что ослепил большинство детекторов. Но одна частица — один фотон — оказалась особенной.

Его энергия была настолько высокой, что по всем правилам физики он должен был столкнуться с фотоном реликтового излучения и распасться на электрон-позитронную пару задолго до достижения Земли.

Но он долетел. И это не просто аномалия — это вызов всей современной физике.

Объяснение, предложенное командой Галанти, звучит как научная фантастика: фотон превращался в гипотетическую частицу ALP, которая не взаимодействует с реликтовым излучением, а затем снова становился фотоном. Но для этого требуется нарушение лоренц-инвариантности — одного из краеугольных камней теории относительности.

Если это подтвердится, последствия огромны. Лоренц-инвариантность — основа специальной теории относительности. Ее нарушение означало бы, что при超高 энергиях пространство-время ведет себя иначе, чем мы думали.

Более того, задержка фотона на час по сравнению с менее энергетическими частицами — именно то, что предсказывает теория. Это не совпадение, а возможное подтверждение.

Для физиков это шанс изучать квантовую гравитацию — неуловимую теорию, объединяющую квантовую механику и гравитацию — используя саму Вселенную как лабораторию.

Для остальных это напоминание: даже через сто лет после Эйнштейна Вселенная продолжает удивлять.

Источники: исследование на arXiv, принятое к публикации в Physical Review Letters, заявления Джорджо Галанти и Марко Ронкаделли.


В нашем Telegram‑канале, вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Поделитесь:


Оставьте Комментарий

Добавить комментарий

Похожие статьи

Как ИИ может уничтожить человечество: инфраструктура, биобомбы и ядерные коды

Эксперты рассказали, что случится, если искусственный интеллект выйдет из-под контроля. Хакерские атаки...

Маск угрожает судом из-за фильма о себе: «Это клевета, а не документалистика»

Адвокат Илона Маска направил письмо продюсерам фильма Алекса Гибни, заявив, что намеки...

Математический скандал вокруг OpenAI: профессор утверждает, что компания угрожала его карьере за отказ сотрудничать

Тристан Бакмастер заявил, что OpenAI могла скопировать его работу над уравнениями Навье...

Космические «собачьи бои»: США провели первые учения по маневрированию спутников в условиях конфликта

Space Command отработал динамические орбитальные операции, сближение аппаратов и «противостояние логистике». Военные...