宇宙のある場所では光の速度が速く、他の場所では遅いということはあり得るでしょうか?

この記事またはその原著の著者または情報源:

博歌園公式サイト: www.bokeyuan.net

モバイル ソフトウェア: Bo Ke Yuan

新たな測定により、どこにいても、どれだけ速く移動していても、物理法則はこれまで探究された中で最も高いエネルギーで適用されることが確認されました。この記録破りのガンマ線観測は、光の速度は宇宙のどこでも一定であると予測するアインシュタインの相対性理論の一部であるローレンツ不変性の安定性を実証している。メキシコのプエブラにある高高度チェレンコフ天文台（HAWC）は、遠くの銀河から来るガンマ線を検出し、その研究は「Physical Review Letters」誌に掲載された。

「非常に高いエネルギーで相対論がどのように振る舞うかは、私たちの周りの世界に現実的な影響を及ぼす」と、ロスアラモス国立研究所の中性子科学技術グループの天体物理学者で、チェレンコフ天文台科学協力のメンバーでもあるパット・ハーディング氏は語った。 「量子重力のほとんどのモデルでは、相対論的振る舞いは非常に高いエネルギーで破綻するとされています。このような高エネルギーでの光子の観測により、相対論的エネルギースケールは 100 倍以上に押し上げられ、ローレンツ不変性は物理学の標準モデルの重要な部分となっています。」

しかし、標準モデルを超えた物理学のいくつかの理論は、ローレンツ不変性が最高エネルギーでは成立しない可能性があることを示唆しています。ローレンツ不変性が破られると、多くの異常な現象が発生する可能性があります。たとえば、ガンマ線は通常の光の速度よりも速く移動したり遅く移動したりすることがあります。もしそれがより速かったら、これらの高エネルギー光子はより低エネルギーの粒子に崩壊し、地球に到達することは決してないでしょう。チェレンコフガンマ線観測所は最近、100 TeV を超える光子を生成するいくつかの天体源を検出しました。

これは可視光のエネルギーの1兆倍であり、地球上のどの加速器が供給できるエネルギーよりもはるかに高いものです。チェレンコフ天文台はこれらのガンマ線を観測できるため、ローレンツ不変性のスケールを 100 倍に拡大します。天文距離での高エネルギーガンマ線を検出することで、相対性理論のより厳密な検証が可能になります。チェレンコフ天文台は今後数年間でさらに多くのデータを取得し、ロスアラモス主導による最高エネルギーでの検出器と分析技術の改良を取り入れていくことで、この物理学をさらに研究することが可能になるでしょう。

エネルギーが高く、発生源からの距離も遠いため、天体物理学的観測は、ローレンツ不変性の破れ (LIV) の兆候を調べる絶好の機会となります。超光速の Liv は、高エネルギーで光子を崩壊させる可能性があります。現在10TeV以上で稼働している最も感度の高いガンマ線計測器の1つである高高度チェレンコフ観測所（HAWC）は、100TeVの光子を放出する天体源が少なくとも4つあるという証拠を発見した。設定された最も強い制限値として、これらの観測結果は超光速 Liv のエネルギースケール 2.2×10^31 eV を除外します。これはプランクエネルギーの 1,800 倍以上であり、以前の制限値よりも 1 ～ 2 桁改善されています。

図: この合成画像は、超高エネルギーガンマ線の空の様子を示しています。矢印は、私たちの天の川銀河内部から来た、エネルギーが 100 TeV を超える 4 つのガンマ線源を指しています (チェレンコフ天文台共同研究提供)。チェレンコフ天文台にある 300 個の大型水槽の写真です。水槽には、上空 10 マイル以上の大気圏に当たるガンマ線によって生成される粒子の雨を測定できる高感度光検出器が収められています。

ボコパーク |研究/出典: ロスアラモス国立研究所

参考ジャーナル: Physical Review Letters

BoKeYuan｜科学、技術、研究、ポピュラーサイエンス

[Bokeyuan]をフォローして、もっと美しい宇宙科学を見てください