中国科学院の高エネルギー物理学研究所の研究者は、LHAASOによって観測された超高エネルギーγ線におけるローレンツ不変性違反の調査というタイトルの研究で、相対性理論の妥当性を最高の精度で研究しました。レターを確認します。
アインシュタインの相対性理論によれば、宇宙で最も速い速度は光速です。この制限に違反しているかどうかは、ローレンツ対称性の破れまたはローレンツ不変性の破れを調べることで確認できます。
中国四川省稲城での大規模宇宙線実験であるLHAASO（大高高度空気シャワー観測所）の共同研究で観測された世界最高エネルギーのガンマ線を使用して、ローレンツ対称性をテストしました。この結果は、以前の最良の結果と比較して、破壊的な対称エネルギーのスケールを10倍改善します。これは、ローレンツ対称性の破れの形の最も厳密な検証であり、アインシュタインの相対論的時空対称性の妥当性をもう一度確認します」と、論文の著者の1人であるBiXiaojun教授は述べています。
ローレンツ共変と相対性理論の関係は何ですか？ 現代物理学の基礎であるアインシュタインの相対性理論は、物理法則がローレンツ対称性を持っていることを要求しています。アインシュタインが相対性理論を提案してから100年以上が経過し、ローレンツ対称性の妥当性は多くの実験的テストにかけられてきました。
しかし、重力を説明する一般相対性理論と、量子世界の法則を説明する量子力学との間には、解決できない矛盾があります。
一般相対性理論と量子力学を統合するために、理論物理学者は多大な努力を払い、弦理論や重力のループ量子論などの理論を開発しました。
これらの理論は、ローレンツ対称性が非常に高いエネルギーで破られる可能性が高いことを予測しています。つまり、高エネルギーでの相対性理論の修正が必要になる可能性があります。
したがって、相対性理論をテストし、ローレンツの対称性を破る信号を探すことによって、より基本的な物理法則を開発することが重要です。ただし、これらの理論によれば、ローレンツ対称性の破れの影響は、最大1019 GeV（1 GeV = 10億電子ボルト）のいわゆるプランクエネルギースケールでのみ重要です。
最新の加速器は約104GeVにしか到達できないため、ローレンツの対称性の破れの影響は弱すぎて実験室でテストできません。
しかし、非常に強力な天体物理学的プロセスが宇宙で起こり、粒子が人工加速器によって達成できるエネルギーよりもはるかに高いエネルギーに加速される可能性があります。したがって、天体物理学的観測は、ローレンツの対称性の破れの影響を調べるための自然な実験室です。
LHAASOは、中国での大規模な宇宙線実験です。 2021年に建設中、LHAASOは、100 TeVを超えるエネルギーで、最大光子エネルギーが1.4 PeV（1 PeV = 1015電子ボルト）に達する世界最高エネルギーのガンマ線イベントを記録しました。世界記録を樹立すると同時に、ローレンツ対称性などの物理学の基本法則を研究する貴重な機会も提供しました。
ローレンツ対称性の破れは、高エネルギー光子を不安定にし、電子-陽電子対または3つの光子に急速に崩壊させる可能性があります。
言い換えれば、ローレンツの対称性が崩れると、高エネルギーの光子は地球に向かう途中で自動的に消えます。つまり、測定したエネルギースペクトルを特定のエネルギーに切り捨てる必要があります」とBiXiaojun教授は述べています。
LHAASOデータは、現在のガンマ線スペクトルがPeVを超える高エネルギーを継続し、高エネルギーガンマ線イベントの不思議な消失は発見されていないことを示しています。
得られた結果は、プランクエネルギースケールに近づいたときにローレンツ対称性が依然として維持されていることを示しています。作業は、以前の測定よりも少なくとも1桁優れています。
研究はで公開されました：
Physical Review Letters. Zhen Cao et al, Exploring Lorentz Invariance Violation from Ultrahigh-Energy γ Rays Observed by LHAASO.
2022-02-18 13:13:17
著者: Vitalii Babkin