12 lipca 2018 roku naukowcy z IceCube Neutrino Observatory ogłosili odkrycie wysokoenergetycznych neutrin. Odkrycie to po raz kolejny potwierdziło poprawność najsłynniejszego fizyka XX wieku.
Nawet tajemnicze widmowe cząstki, ledwo oddziałujące ze zwykłą materią, są zgodne z ogólną teorią względności, po raz kolejny potwierdzając poprawność Einsteina. Jak dotąd te wysokoenergetyczne cząstki subatomowe są najlepszym dowodem na zasadę Lorentza.
Zasada Lorentza jest kamieniem węgielnym teorii względności Einsteina, która stwierdza, że wszystkie obiekty podlegają prawom fizyki, o ile poruszają się ze stałą prędkością. Zgodnie z jednym aspektem teorii względności wszystkie obiekty obserwują tę samą prędkość światła, nawet jeśli same poruszają się z różnymi prędkościami. Astronauta poruszający się z prędkością miliona kilometrów na godzinę będzie obserwował taką samą prędkość światła, jak ślimak pełzający po ścieżce w wiosce. Będą obserwować światło poruszające się z prędkością 299 792 kilometrów na sekundę.
Jednak naukowcy nie przestali testować teorii względności Einsteina od 1905 roku, odkąd ją po raz pierwszy opublikował. W latach pięćdziesiątych XX wieku, kiedy odkryto neutrina, niektórzy eksperci zastanawiali się, czy nienaładowane cząstki są zgodne z zasadą Lorentza. Badacze zastanawiali się, czy tajemnicza siła zwana naruszeniem Lorentza może spowodować zmianę zachowania tych obiektów, obalając teorie Einsteina.
Stosunek prawdopodobieństw przejścia neutrin pionowych do poziomego w obserwatorium IceCube / The IceCube Collaboration.
W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature Physics naukowcy z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge i IceCube Collaboration na stacji Amundsen-Scott na biegunie południowym odkryli, że nawet neutrina są zgodne z teorią względności.
Po przeanalizowaniu danych zebranych w ciągu dwóch lat przez jednogigatonowy detektor neutrin IceCube, naukowcy doszli do wniosku, że nie znaleziono żadnych anomalii, które wskazywałyby na lekceważenie przez neutrino praw Einsteina.
„Szukaliśmy odchyleń naruszających Lorentza, ale nie mogliśmy ich znaleźć” - mówi główny autor, profesor fizyki na MIT. „To zamyka książkę o możliwości naruszenia Lorentza przez wiele wysokoenergetycznych neutrin przez bardzo długi czas”.
Film promocyjny:
Postępując zgodnie z zasadą Lorentza, naukowcy mogą przewidzieć stopień, w jakim będą oscylować neutrina o danej masie. Oznacza to, że neutrino musi pokonać określone odległości, zanim stanie się mionem. Każde odchylenie od tej zasady wystarczyłoby, aby zmienić teorię względności Einsteina, przynajmniej na poziomie neutrin.
Jednak zarówno to badanie, jak i jego wyniki stały się wybitnymi odkryciami w świecie nauki, ponieważ po raz pierwszy naukowcy mieli okazję badać wysokoenergetyczne neutrina na Ziemi. A gdyby doszło do naruszenia Lorentza, bardzo łatwo byłoby to wykryć przy tak wysokich energiach.
„Udało nam się określić granice tego hipotetycznego pola, które są dużo, dużo dokładniejsze niż wszystkie poprzednie” - mówi Konrad.
Vladimir Mirny