상대성 이론은 LHAASO 관측을 기반으로 테스트를 통과했습니다.

중국과학원 고에너지물리연구소 연구원들은 'LHAASO가 관찰한 초고에너지 γ선의 로렌츠 불변성 위반 조사'라는 제목의 연구에서 상대성 이론의 타당성을 가장 정밀하게 연구했다. 검토 편지.

아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 우주에서 가장 빠른 속도는 빛의 속도입니다. 이 한계를 위반했는지 여부는 Lorentz 대칭 끊기 또는 Lorentz 불변 끊기를 검사하여 확인할 수 있습니다.

중국 쓰촨성 다오청에서 대규모 우주선 실험인 LHAASO(Large High Altitude Air Shower Observatory) 공동으로 관측한 세계 최고 에너지 감마선을 사용하여 로렌츠 대칭을 테스트했습니다. 결과는 이전의 최상의 결과와 비교하여 파괴 대칭 에너지의 규모를 10배까지 향상시킵니다. 이번 논문의 저자 중 한 명인 Bi Xiaojun 교수는 "이는 로렌츠 대칭 파괴의 형태에 대한 가장 엄밀한 검증"이라며 "아인슈타인의 상대론적 시공간 대칭의 타당성을 다시 한 번 확인시켜줬다"고 말했다.

로렌츠 대칭과 상대성 이론 사이의 관계는 무엇입니까? 현대 물리학의 초석인 아인슈타인의 상대성 이론은 물리 법칙이 로렌츠 대칭을 가질 것을 요구합니다. 아인슈타인이 상대성 이론을 제안한 이후 100년이 넘는 시간 동안 로렌츠 대칭의 타당성은 수많은 실험적 테스트를 거쳤습니다.

그러나 중력을 설명하는 일반 상대성 이론과 양자 세계의 법칙을 설명하는 양자 역학 사이에는 풀리지 않는 모순이 있습니다.

일반상대성이론과 양자역학을 통합하기 위해 이론물리학자들은 끈끈이론, 고리양자중력론 등의 이론을 발전시키기 위해 많은 노력을 기울였다.

이러한 이론은 로렌츠 대칭이 매우 높은 에너지에서 깨질 가능성이 있다고 예측하며, 이는 높은 에너지에서 상대성 이론의 수정이 필요할 수 있음을 의미합니다.

따라서 상대성 이론을 테스트하고 로렌츠 대칭을 깨는 신호를 찾아 보다 근본적인 물리 법칙을 개발하는 것이 중요합니다. 그러나 이러한 이론에 따르면 로렌츠 대칭 파괴 효과는 최대 1019 GeV(1 GeV = 10억 전자 볼트)인 소위 플랑크 에너지 규모에서만 중요합니다.

현대의 가속기는 약 104 GeV에 도달할 수 있기 때문에 로렌츠 대칭 파괴의 효과는 실험실에서 테스트하기에는 너무 약합니다.

그러나 입자가 인공 가속기로 달성할 수 있는 것보다 훨씬 더 높은 에너지로 가속될 수 있는 우주에서는 매우 강력한 천체 물리학적 과정이 발생합니다. 따라서 천체 물리학 관찰은 로렌츠 대칭 파괴의 효과를 찾기 위한 자연적인 실험실입니다.

LHAASO는 중국의 대규모 우주선입니다. 2021년 건설 중인 LHAASO는 100 TeV 이상의 에너지로 세계에서 가장 높은 에너지 감마선 현상을 기록했으며 최대 광자 에너지는 1.4 PeV(1 PeV = 1015 전자 볼트)에 도달했습니다. 세계 신기록 수립과 동시에 로렌츠 대칭 등 물리학의 기본 법칙을 연구할 수 있는 귀중한 기회를 제공하기도 했다.

로렌츠 대칭 파괴는 고에너지 광자를 불안정하게 만들고 빠르게 전자-양전자 쌍 또는 3개의 광자로 붕괴되게 할 수 있습니다.

다시 말해, 로렌츠 대칭이 깨지면 고에너지 광자는 지구로 가는 도중에 자동으로 사라집니다. 이는 우리가 측정한 에너지 스펙트럼이 특정 에너지로 잘려야 한다는 것을 의미합니다.”라고 Bi Xiaojun 교수가 말했습니다.

LHAASO 데이터는 현재 감마선 스펙트럼이 PeV보다 높은 에너지를 계속 유지하며 고에너지 감마선 현상의 신비한 소멸이 발견되지 않았음을 보여줍니다.

얻어진 결과는 플랑크 에너지 규모에 접근할 때 로렌츠 대칭이 여전히 유지된다는 것을 보여줍니다. 작업은 이전 측정보다 최소 10배 더 우수합니다.

이 연구는 다음 위치에 게재되었습니다.

Physical Review Letters. Zhen Cao et al, Exploring Lorentz Invariance Violation from Ultrahigh-Energy γ Rays Observed by LHAASO.

작가: Vitalii Babkin