Une expérience extrême sur un volcan mexicain a mis à l’épreuve la vitesse de la lumière

Nouvelles mesures d’une expérience près du sommet d’un éteint Volcan mexicain ont placé une nouvelle stricte limite sur si la lumière peut dépasser la vitesse de pointe bien connue de l’univers.

Les physiciens ont conçu des théories qui font du bon travail expliquant une grande partie de l’univers, mais ces théories échouent quand il s’agit de nombreux of les extrêmes, comme la façon dont la matière interagit à la surface d’un trou noir ou juste après le Big Bang. Tester les limites des théories d’Albert Einstein afin de développer une théorie plus large pour incorporer ces extrêmes est devenu un domaine entier de la physique. Mais à chaque test, moderne les théories de la physique ne se plient pas. Une nouvelle expérience était perhaps leur défi le plus extrême à ce jour.

«Ma réaction intestinale a été, je suis stupéfait», a déclaré à Gizmodo Pat Harding, l’un des auteurs de l’étude et astrophysicien au Los Alamos National Laboratory. Cette nouvelle recherche étend la portée des célèbres théories d’Einstein aux énergies impossibles à accéder directement sur Terre ou dans l’espace.

Certains physiciens ont essayé d’expliquer les mystères de l’univers avec des idées (théorie des cordes, par exemple) qui produisent de petites déviations par rapport aux théories bien établies. Celles-ci déviations n’apparaissent que pour les cas extrêmes, comme ultra-particules de haute énergie. Les physiciens recherchaient une telle déviation ici, pour voir si l’univers viole une caractéristique bien établie appelée invariance de Lorentz pour l’énergie-assez de photons. L’invariance de Lorentz dit que les lois de la physique sont les mêmes pour tous ceux qui sont Stationnaire (quelle que soit leur orientation dans l’espace) ou en mouvement constant (avec une formule mathématique pour convertir entre les images fixes et mobiles). Une conséquence de cette symétrie est une valeur constante de la vitesse d’une particule lumineuse dans le vide, qui est légèrement sous 300 millions de mètres par seconde.

Une violation de ce Lorentz iLa variance pourrait faire en sorte que la lumière à très haute énergie se déplace plus rapidement ou plus lentement que cette vitesse de pointe, et de telles violations pourraient avoir des impacts observables. Ces particules se décomposeraient ou se sépareraient également et ne parviennent pas à atteindre Terre. Cela apparaîtrait comme un drop-off dans le nombre de photons frappant un expérience à hauteassez d’énergies. Les physiciens de l’eau de haute altitude Cherenkov (HAWC) observatoire au Mexique est allé chercher la signature.

HAWC se compose de centaines de grands réservoirs d’eau situés près du sommet du volcan Sierra Negra au Mexique. Vous pouvez en savoir plus sur HAWC à partir de notre visite là-bas, mais fondamentalement, les particules de haute énergie interagissent avec l’atmosphère, créant une pluie de particules qui provoquent de petits éclairs lorsqu’elles interagissent avec l’eau. Les tubes photomultiplicateurs transforment ces flashs en signal, et les scientifiques peuvent reconstruire la particule à l’origine des flashs en fonction des cuves dans lesquelles ils ont produit un signal.

Combiné avec de meilleures méthodes pour calculer l’énergie des photons entrants, les données étaient claires: Til n’y avait pas de goutte-de. HAWC a continué de voir des photons provenant de sources astrophysiques avec des énergies pouvant atteindre 285 TeV, soit 40 fois plus qu’un faisceau de particules du Grand collisionneur de hadrons, l’expérience de physique des particules la plus puissante sur Terre. La présence de ces rayons gamma exclut un déplacement plus rapide que la lumière pour ces photons de plus haute énergie. Et, selon physicien Humberto Martínez-Huerta à l’Université de São Paulo, grâce à des travaux mathématiques, cela augmente également l’échelle d’énergie minimale possible à laquelle un tel Lorentz iLa théorie de la violation de la variance peut exister cent fois.

Fondamentalement, même stupéfiant énergique les particules de lumière voyagent toujours à la vitesse de la lumière, ce que nous savons car une expérience sur Terre peut les mesurer. Cette observation limite les types d’extensions que les physiciens peuvent appliquer à leurs théories actuelles lorsqu’ils tentent de résoudre leurs problèmes en suspens, selon le papier publié dans Physical Review Letters.

Mais l’observation ne contraint pas chaque type d’extension aux théories d’Einstein, a expliqué Martínez-Huerta. Peut-être des violations à Lorentz enla variance peut apparaître dans d’autres particules, ou peut-être certains photons pourraient se déplacer plus lentement que la vitesse de la lumière.

Un physicien non impliqué dans l’étude, Ralf Lehnert de l’Indiana University, a déclaré à Gizmodo que le travail était solide. Il a réitéré que ce n’était qu’une façon de mesurer les violations de l’invariance de Lorentz. Mais, a-t-il dit, cette étude ajoute à des dizaines sur des dizaines d’autres tests à la recherche de preuves de ces violations, aucun n’en a encore trouvé.

Les scientifiques prévoient d’étendre la recherche, car les scientifiques de HAWC ajoutent plus de cuves d’eau et augmentent la sensibilité. Mais encore une fois, Einstein théorie de la relativité refuse de bouger, même dans les cas les plus extrêmes.