Zoltán
10 °C
21 °C

Fotonok versenye igazolhatja Einstein elméletét

2009.11.03. 10:24
Egy távoli gammavillanás két eltérő energiájú fotonja 7,3 milliárd éves utazás után kevesebb mint egy másodperces különbséggel érte el a Fermi űrteleszkópot. A kis eltérés ismét igazolhatja az Einstein-féle relativitáselméletet.

Az univerzumot átszelő, 7,3 milliárd éves utazás végállomásaként 2009. május 10-én 0,9 másodperces időkülönbséggel egy gammavillanás két fotonja érte el a Fermi űrteleszkópot. Az ilyen hosszú út megtétele után szinte egyszerre beérkező két foton tovább szíthatja az Einstein-féle relativitáselméletekkel kapcsolatos viták tüzét, ugyanis az egyik energiája jóval nagyobb volt a másikénál, milliószorosan haladta meg azt.

A relativitáselmélet oldaláról úgy tűnik, nincs probléma. Einstein teóriája szerint ugyanis a négydimenziós téridőben minden elektromágneses sugárzás – függetlenül attól, hogy a fotonjainak mekkora az energiája – ugyanakkor sebességgel terjed vákuumban. A gravitáció újabb elméletei azonban azt jósolják, hogy a téridő nagyon kis skálákon, az úgynevezett Planck-hossz nagyságrendjében (körülbelül 10-33 cm) elveszíti simaságát, és leginkább a habzó vízfelszínhez hasonlítható. Ez a fluktuáció pedig az elképzelések szerint a nagyobb energiájú fotonokat a kisebb energiájúakhoz viszonyítva lelassítja.

A mindössze 0,9 másodperces beérkezési időkülönbség azonban olyan kicsi, hogy az minden bizonnyal a gammavillanás közben zajló folyamatoknak köszönhető, így Peter Michelson (Stanford University), a Fermi LAT (Large Area Telescope) műszerének vezető kutatója szerint emiatt nem kell módosításokat eszközölni az einsteini elméletben: a két nagyon eltérő energiájú foton rendkívül nagy pontossággal ugyanazzal a sebességgel szelte át a fél világegyetemet. Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin honlapján jelent meg 2009. október 28-án.

Illusztráció az eltérő energiájú fotonpárról. Néhány elméleti szakember jóslata szerint a nagyobb energiájú fotonok erősebben hatnak kölcsön a téridő nagyon apró fodrozódásaival, mint kisebb energiájú társaik, ezért azokhoz képest lelassulnak. A Fermi-adatok azonban cáfolni látszanak ezt a következtetést. [NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet]
Illusztráció az eltérő energiájú fotonpárról. Néhány elméleti szakember jóslata szerint a nagyobb energiájú fotonok erősebben hatnak kölcsön a téridő nagyon apró fodrozódásaival, mint kisebb energiájú társaik, ezért azokhoz képest lelassulnak. A Fermi-adatok azonban cáfolni látszanak ezt a következtetést. [NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet]

A fizika egyik legnagyobb problémája a négy alapvető kölcsönhatás egységes egészbe foglalásának kérdése, az úgynevezett nagy egyesítés elmélete (Grand Unification Theory, GUT). A részecskefizika hetvenes évek végére kidolgozott standard modellje keretében közülük hármat, az elektromágneses kölcsönhatást, a nukleonok összetartásáért felelős erős kölcsönhatást, valamint a radioaktív bomlásokat irányító gyenge kölcsönhatást sikerült egységbe foglalni, a gravitáció azonban mindmáig ellenáll ezen törekvéseknek. A gravitáció Einstein-féle elméletének felváltására több teória is született, Michelson szerint azonban ezek tesztelésére csak korlátozott lehetőségek állnak rendelkezésre. Ilyen ritka alkalmat kínált a szóban forgó két foton detektálása. Bár a gravitációs elméletek között zajló vitát nyilván nem fogják eldönteni, újabb érvként szolgálhatnak a relativitáselméletek érvényessége mellett.

A két foton egy úgynevezett rövid gammavillanás eredményeként indult el elképzelhetetlenül hosszú útjára. Ezen események a vonatkozó elméletek szerint két neutroncsillag ütközése és összeolvadása során következnek be. A közben kibocsátott energia akár milliószorosan is meghaladhatja egész Tejútrendszerünk teljes energiaprodukcióját, igaz, hogy csak nagyon rövid időre. A GRB 090510 jelzéssel ellátott gammavillanás mindössze 2,1 másodpercig tartott.