Pesquisadores do Instituto de Física de Alta Energia da Academia Chinesa de Ciências estudaram a validade da teoria da relatividade com a mais alta precisão em um estudo intitulado Investigation of Lorentz Invariance Violation in Superhigh-Energy γ Rays Observed by LHAASO, que foi publicado em Physical Cartas de Revisão.
De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, a velocidade mais rápida do universo é a velocidade da luz. Se este limite é violado pode ser verificado examinando a quebra de simetria de Lorentz ou quebra de invariância de Lorentz.
Usando os raios gama de maior energia do mundo observados pela colaboração LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory), um experimento de raios cósmicos em larga escala em Daocheng, província de Sichuan, China, testamos a simetria Lorentziana. O resultado melhora a escala de energia de simetria destrutiva por um fator de dez em comparação com o melhor resultado anterior. Esta é a verificação mais rigorosa da forma de quebra de simetria lorentziana, confirmando mais uma vez a validade da simetria espaço-tempo relativista de Einstein”, disse o professor Bi Xiaojun, um dos autores do artigo.
Qual é a relação entre a simetria de Lorentz e a teoria da relatividade? A teoria da relatividade de Einstein, a pedra angular da física moderna, exige que as leis físicas tenham simetria lorentziana. Nos mais de 100 anos que se passaram desde que Einstein propôs sua teoria da relatividade, a validade da simetria de Lorentz foi submetida a inúmeros testes experimentais.
No entanto, há uma contradição insolúvel entre a teoria geral da relatividade, que descreve a gravidade, e a mecânica quântica, que descreve as leis do mundo quântico.
Para unificar a relatividade geral e a mecânica quântica, os físicos teóricos fizeram grandes esforços e desenvolveram teorias como a teoria das cordas e a teoria quântica da gravidade em loop.
Essas teorias predizem que a simetria de Lorentz provavelmente será quebrada em energias muito altas, o que significa que uma modificação da teoria da relatividade em altas energias pode ser necessária.
Portanto, é fundamental testar a teoria da relatividade e desenvolver leis mais fundamentais da física, procurando sinais de quebra da simetria lorentziana. No entanto, de acordo com essas teorias, o efeito de quebra de simetria lorentziana só é significativo na chamada escala de energia de Planck, que é de até 1019 GeV (1 GeV = 1 bilhão de elétron-volts).
Como os aceleradores modernos só podem atingir cerca de 104 GeV, os efeitos da quebra de simetria de Lorentz são muito fracos para serem testados em laboratórios.
Mas processos astrofísicos muito poderosos ocorrem no Universo, quando as partículas podem ser aceleradas a energias muito mais altas do que aquelas que podem ser alcançadas por aceleradores artificiais. Portanto, as observações astrofísicas são um laboratório natural para buscar os efeitos da quebra de simetria lorentziana.
LHAASO é um experimento de raios cósmicos em larga escala na China. Em construção em 2021, o LHAASO registrou o evento de raios gama de maior energia do mundo com energias acima de 100 TeV, com uma energia máxima de fótons atingindo 1,4 PeV (1 PeV = 1015 elétron-volts). Simultaneamente com o recorde mundial, também proporcionou uma oportunidade valiosa para estudar as leis básicas da física, como a simetria de Lorentz.
A quebra da simetria de Lorentz pode fazer com que os fótons de alta energia se tornem instáveis, decaindo rapidamente em um par elétron-pósitron ou três fótons.
Em outras palavras, fótons de alta energia desaparecem automaticamente em seu caminho para a Terra se a simetria de Lorentz for quebrada, o que significa que o espectro de energia que medimos deve ser truncado para uma certa energia”, disse o professor Bi Xiaojun.
Os dados do LHAASO mostram que o espectro de raios gama atual continua a altas energias acima de PeV e nenhum desaparecimento misterioso de quaisquer eventos de raios gama de alta energia foi encontrado.
O resultado obtido mostra que a simetria de Lorentz ainda é preservada ao se aproximar da escala de energia de Planck. O trabalho é pelo menos uma ordem de magnitude melhor do que as medições anteriores.
O estudo foi publicado em:
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
Autor: Vitalii Babkin