Фотон с энергией около 300 тераэлектронвольт, пришедший от гамма-всплеска GRB 221009A с расстояния примерно 2 млрд световых лет, может указывать на отклонение от принципов специальной теории относительности Эйнштейна при экстремальных энергиях. Такое объяснение предложили астрофизик Национального института астрофизики Италии (INAF) Джорджо Галанти и Марко Ронкаделли из Национального института ядерной физики Италии (INFN). Их исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Читайте: Россиянам готовят новые запреты: что изменится уже в ближайшее время
Гамма-всплеск GRB 221009A зарегистрировали космические телескопы Swift и Fermi 9 октября 2022 года. Он оказался самым ярким из когда-либо наблюдавшихся и получил неофициальное название BOAT — «самый яркий за всю историю». Взрыв произошел в галактике примерно в 2 млрд световых лет от Земли, после чего его излучение изучали обсерватории по всему миру.
Один из фотонов зарегистрировал детектор космических лучей «Ковер» в Баксанской обсерватории в Кавказских горах России. Его энергия достигала примерно 300 ТэВ — более чем в 20 раз выше энергии, достигаемой при столкновениях протонов на Большом адронном коллайдере. Это самая высокая энергия, когда-либо зарегистрированная для фотона от гамма-всплеска.
Согласно стандартной физике, такая частица практически не должна была добраться до Земли. Космос заполнен микроволновым фоном — остаточным излучением Большого взрыва, и высокоэнергетический фотон на столь большой дистанции с подавляющей вероятностью должен был столкнуться с фоновым фотоном, превратиться в другие частицы и исчезнуть. Галанти сравнил это с полетом стрелы через лес глубиной 2 млрд световых лет без столкновения хотя бы с одной веткой.
Ранее подобные аномалии пытались объяснять существованием гипотетических аксионоподобных частиц (ALP). Предполагается, что фотон способен временно превращаться в такую частицу, избегать взаимодействий в пути, а возле Млечного Пути снова становиться фотоном. Эта модель подходит для энергий в десятки ТэВ, однако расчеты Галанти и Ронкаделли показали, что при 300 ТэВ она предсказывает примерно в 100 раз меньше фотонов, чем необходимо для объяснения зарегистрированного события.
Ученые поэтому дополнили модель возможным небольшим нарушением лоренцевской инвариантности — одного из принципов специальной теории относительности. Некоторые пока не доказанные модели квантовой гравитации допускают изменение этой симметрии при чрезвычайно высоких энергиях. В таком случае сверхэнергичные фотоны могли бы избегать взаимодействий, которые стандартная физика считает практически неизбежными.
У предложенного сценария есть проверяемое следствие: фотон с энергией 300 ТэВ должен был прибыть примерно на час позже менее энергичных фотонов того же всплеска, зарегистрированных китайской обсерваторией LHAASO. Такая задержка обнаруживается в данных. Независимый анализ Дениса Офенгайма и Цви Пирана дал совместимую оценку, что поддерживает, но не доказывает сценарий нарушения Лоренца.
По словам Ронкаделли, исследование впервые объединяет две ранее разрабатывавшиеся отдельно идеи — аксионоподобные частицы и нарушение лоренцевской инвариантности. Если сценарий подтвердят последующие наблюдения, космос можно будет использовать для проверки квантовой гравитации при энергиях значительно выше возможностей земных ускорителей. Однако пока речь идет только о гипотезе.
Все выводы основаны на одном фотоне, зарегистрированном одним прибором. Авторы признают небольшую вероятность того, что «Ковер» мог ошибочно идентифицировать адрон как фотон. Более традиционные объяснения, включая дополнительный механизм излучения в источнике, также были рассмотрены, но для такого варианта потребовалось бы отклонение в физике более чем на 90 порядков величины, превышающее возможности известных процессов.
Расчеты установили пределы энергетического масштаба предполагаемого нарушения Лоренца: выше примерно 1,2 × 10²¹ ГэВ для линейной модели и выше 2,0 × 10¹³ ГэВ для квадратичной с вероятностью 95%. Пока наблюдение остается открытым вопросом, а не доказательством изменения фундаментальной физики. Для проверки гипотезы потребуются новые гамма-всплески и дополнительные регистрации частиц сверхвысоких энергий.
Читайте также:
- Сентябрь все изменит: что ждет россиян уже с 1 числа
- Пенсии в России резко вырастут в октябре: кто получит прибавку
- В платежках за ЖКХ появятся новые начисления: что уже изменилось для россиян
