A teoria da relatividade de Einstein passa por um teste rigoroso com base na observação do LHAASO
De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, a velocidade mais rápida da matéria no Universo éa velocidade da luz. Se esse limite équebra¡vel pode ser testado examinando a quebra de simetria de Lorentz ou a violaa§a£o de invaria¢ncia.
Domanio paºblico
Pesquisadores do Instituto de Fasica de Altas Energias da Academia Chinesa de Ciências examinaram a validade da teoria da relatividade com a mais alta precisão em um estudo intitulado "Exploring Lorentz Invariance Violation from Ultrahigh-Energy γRays Observed by LHAASO", que foi publicado no última edição de Physical Review Letters .
De acordo com a teoria da relatividade de Einstein, a velocidade mais rápida da matéria no Universo éa velocidade da luz. Se esse limite équebra¡vel pode ser testado examinando a quebra de simetria de Lorentz ou a violação de invaria¢ncia de Lorentz.
"Usando os raios gama de maior energia do mundo observados pelo Large High Altitude Air-shower Observatory (LHAASO), um experimento de raios ca³smicos em grande escala em Daocheng, provancia de Sichuan, China, testamos a simetria de Lorentz. O resultado melhora a escala de energia de quebra de Simetria de Lorentz por dezenas de vezes em comparação com o melhor resultado anterior. Este éo teste mais rigoroso de uma forma de quebra de simetria de Lorentz, confirmando mais uma vez a validade da simetria Espaço-tempo relativista de Einstein", disse o Prof. autores correspondentes. Prof. BI éum cientista do Instituto de Fasica de Altas Energias e membro da colaboração LHAASO.
Qual éa 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 de Lorentz. Nos mais de 100 anos desde que Einstein propa´s sua teoria da relatividade, a validade da simetria de Lorentz passou por inúmeros testes experimentais.
No entanto, háuma contradição irreconcilia¡vel entre a relatividade geral, que descreve a gravidade, e a meca¢nica qua¢ntica , que descreve as leis do mundo microsca³pico. A fim de unificar a relatividade geral e a meca¢nica qua¢ntica, os fasicos teóricos fizeram esforços incessantes e desenvolveram teorias como a teoria das cordas e a teoria da gravidade qua¢ntica em loop. Essas teorias preveem que a simetria de Lorentz provavelmente seráquebrada em energias muito altas, o que significa que a relatividade pode precisar ser modificada em altas energias.
Portanto, écrucial testar a teoria da relatividade e desenvolver leis mais fundamentais da física, procurando sinais de quebra de simetria de Lorentz. No entanto, de acordo com essas teorias, o efeito da quebra da simetria de Lorentz são ésignificativo na chamada escala de energia de Planck, que éde até10 19 GeV (1 GeV = 1 bilha£o de elanãtron-volts).
Como os aceleradores artificiais são podem atingir cerca de 10 4 GeV, os efeitos da quebra de simetria de Lorentz são muito fracos para serem testados em laboratórios. Mas existem processos astrofisicos muito violentos no universo onde aspartículas podem ser aceleradas a energias muito mais altas do que os aceleradores feitos pelo homem podem alcana§ar. Portanto, as observações astrofasicas são um laboratório natural para procurar os efeitos da quebra de simetria de Lorentz.
LHAASO éum experimento de raios ca³smicos em larga escala na China. Durante o processo de construção em 2021, o evento de raios gama de maior energia do mundo foi registrado pelo LHAASO, com sua energia de até1,4 PeV (1 PeV = 10 15 elanãtron-volts). Ao mesmo tempo em que estabeleceu um recorde mundial, também proporcionou uma oportunidade valiosa para explorar as leis ba¡sicas da física, como a simetria de Lorentz.
A quebra da simetria de Lorentz pode fazer com que os fa³tons de alta energia se tornem insta¡veis, decaindo rapidamente em um par elanãtron-pa³sitron ou em três fa³tons. "Em outras palavras, os fa³tons de alta energia desaparecem automaticamente em sua jornada para a Terra se a simetria de Lorentz for quebrada, o que implica que o espectro de energia que medimos deve ser truncado em uma energia especafica", disse o Prof. Bi.
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. Este resultado mostra que a simetria de Lorentz ainda émantida ao se aproximar da escala de energia de Planck.