Ultrarelativistiske neutrinoer, der sprænges ud i rummet under gammastråleudbrud, bremses af virkningerne af kvantetyngdekraften. Det er konklusionen fra fysikere i Italien, Polen og Norge, som har set syv neutrinoer, der ankom til Jorden senere end forventet, sammenlignet med deres ledsagende gammastråler.
Kvanteteori gør et fantastisk stykke arbejde med at beskrive interaktioner, der involverer tre ud af de fire kendte naturkræfter. Der er dog ingen teori i dag, der tilstrækkeligt beskriver tyngdekraftens kvantenatur. Mens teorier om kvantetyngdekraft er blevet foreslået, har de en tendens til at lave forudsigelser, der i øjeblikket ikke kan testes ved eksperiment eller observation.
En forudsigelse, som fysikere har en chance for at bekræfte i dag, er, at partikler, der bevæger sig meget tæt på lysets hastighed, vil miste energi på grund af en kvantegravitationseffekt. Jo hurtigere partiklen bevæger sig, jo mere forstærkes effekten. Selvom effekten er ekstremt lille, hvis partiklerne skabes i en astrofysisk begivenhed milliarder af lysår væk, ville det kumulative resultat være en forsinkelse, der kunne måles, når partiklerne ankommer til Jorden.
Sene neutrinoer
Nu er et hold ledet af Giovanni Amelino-Camelia fra University of Naples har ledt efter denne effekt i neutrinodata indsamlet af IceCube Neutrino Observatorium. Beliggende på Sydpolen opdager observatoriet neutrinoer, når de lejlighedsvis interagerer inden for en kubikkilometer is.
Forskerne identificerede syv neutrinoer, der har høje sandsynligheder for at komme fra gammastråleudbrud. Disse er meget energiske begivenheder, der produceres enten af supernovaer af de mest massive stjerner eller af kolliderende neutronstjerner. Gammastråler fra disse specifikke udbrud blev også detekteret af NASA'er Fermi Gamma-ray rumteleskop.
Det ser fristende ud til, at disse neutrinoer er ankommet til Jorden op til tre dage efter, at gammastrålerne blev opdaget, hvilket tyder på, at noget havde forsinket dem. De tre dages forsinkelse forventes af partikler med energier op til 500 TeV. Til sammenligning ville neutrinoer med højere energier op til 2 PeV kræve et 12-dages forsinkelsesvindue, hvilket er for langt til positivt at identificere dem med et specifikt gammastråleudbrud.
Amelino-Camelia forklarer: "Partiklerne får dette ekstra bidrag til deres hastighed, hvilket er negativt, og det vokser i størrelse, efterhånden som deres energi vokser".
Beliggenhed, beliggenhed
Det er dog ikke alle, der er overbeviste. Teppei Katori fra Kings College London, som ikke var involveret i arbejdet, påpeger, at de syv kandidatneutrinoer alle er af "kaskade-typen". I en kaskadebegivenhed kommer en neutrino ind i IceCube-observatoriet og afsætter al sin energi i et lille, sfærisk område, hvilket gør det vanskeligt at bestemme retningen, som neutrinoen kom fra. Dette er i modsætning til en "sporhændelse", som producerer et signal, der peger tilbage til neutrinoens oprindelsessted i kosmos.
"Vi ved ikke præcis, hvor disse neutrinoer kommer fra," forklarer Katori.
Det er faktisk ikke engang klart, at gammastråleudbrud producerer et betydeligt antal neutrinoer. Katori citerer tidligere arbejde beskriver en søgning efter neutrinoer fra gammastråleudbrud, der ikke kunne finde en sammenhæng mellem de to. Han accepterer dog, at denne søgning ikke tog højde for eventuelle forsinkelser forårsaget af kvante-tyngdekraftseffekter.
I 2022 var Katori – som er en del af IceCube-samarbejdet – en videnskabsmand på et andet eksperiment leder efter kvantetyngdekraftseffekter i neutrinoer. Specifikt så denne undersøgelse på, hvordan kvantetyngdekraften kunne påvirke neutrinoscillationer.
Neutrinoer kommer i tre forskellige "smag" - elektron, muon og tau - og partiklerne kan svinge fra en smag til en anden. Selvom eksperimentet ikke fandt bevis for, at kvantetyngdekraften påvirker neutrinoscillationer, var det det første eksperiment, der undersøgte disse svingninger på et niveau, hvor kvantetyngdekraften burde være relevant. Som sådan var eksperimentet i stand til at pålægge begrænsninger på kvantegravitationsmodeller, der forudsiger variationer i svingningerne.
Implikationer for kosmologi
Hvis kvantetyngdekraften virkelig bremser neutrinoer, er både Amelino-Camelia og Katori enige om, at observationen ville være et stort skridt fremad i forståelsen af kvantetyngdekraften og dens rolle i universets udvikling.
Amelino-Camelia påpeger imidlertid, "Hvis effekten kun er der for neutrinoer og andre halvheltals spinpartikler, så kan implikationerne for kosmologi være mindre."
Kvantetyngdekraften kan snart testes ved hjælp af ultrakolde atomer
For Katori er det vigtigste resultat af bekræftelse af en forsinkelse, at fysikere kunne bruge det til at beregne størrelsen af kvantetyngdekraften. Dette ville give fysikere mulighed for at evaluere konkurrerende modeller af kvantetyngdekraft - og at tage det næste skridt og designe eksperimenter og observatorier for at måle effekten mere præcist.
"Der er stadig en kløft mellem kvante-tyngdekraft-motiverede fænomenologimodeller og kvante-tyngdekraftsteorier," siger Katori. "Jeg tror, at det er udfordrende at udfylde dette hul, [men] at finde en kvante-tyngdekraft-motiveret effekt er det første skridt."
Søgningen efter neutrinoer fra gammastråleudbrud vil drage fordel af konstruktionen af IceCube-Gen2, hvilket vil øge størrelsen af detektorvolumenet til otte kubikkilometer is, hvilket forbedrer observatoriets evne til at lokalisere neutrinoers oprindelse.
Forskningen er beskrevet i Naturstronomi.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- EVM Finans. Unified Interface for Decentralized Finance. Adgang her.
- Quantum Media Group. IR/PR forstærket. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/is-quantum-gravity-slowing-down-neutrinos/
- :er
- :ikke
- :hvor
- $OP
- 160
- 2022
- 500
- 90
- a
- evne
- I stand
- AC
- accepterer
- Konto
- tilstrækkeligt
- påvirke
- påvirker
- Efter
- Alle
- tillade
- også
- Skønt
- an
- ,
- En anden
- enhver
- vises
- ER
- AS
- At
- væk
- tilbage
- BE
- fordi
- været
- gavner det dig
- mellem
- milliarder
- både
- men
- by
- beregne
- kom
- CAN
- kandidat
- kan ikke
- vandfald
- forårsagede
- udfordrende
- chance
- klar
- samarbejde
- Kollegium
- Kom
- kommer
- følgesvend
- sammenlignet
- sammenligning
- konkurrerende
- konklusion
- begrænsninger
- opbygge
- bidrag
- overbevist
- Korrelation
- Kosmologi
- kosmos
- kunne
- oprettet
- For øjeblikket
- data
- Dage
- forsinkelse
- Forsinket
- forsinkelser
- indskud
- beskrevet
- Design
- opdaget
- Bestem
- DID
- forskellige
- svært
- retning
- do
- gør
- Dont
- ned
- i løbet af
- jorden
- effekt
- effekter
- enten
- energi
- forbedret
- Går ind i
- evaluere
- Endog
- begivenhed
- begivenheder
- alle
- bevismateriale
- evolution
- præcist nok
- forventet
- eksperiment
- eksperimenter
- Forklarer
- ekstra
- ekstremt
- mislykkedes
- fantastisk
- hurtigere
- fyldning
- Finde
- finde
- Fornavn
- Til
- Forces
- Videresend
- fundet
- fire
- fra
- Gamma-stråler
- kløft
- få
- gravitationel
- tyngdekraften
- Vokser
- havde
- Have
- he
- Høj
- højere
- stærkt
- Hvordan
- Men
- HTML
- HTTPS
- ICE
- identificeret
- identificere
- if
- billede
- implikationer
- pålægge
- forbedring
- in
- Forøg
- oplysninger
- interagere
- interaktioner
- ind
- involvere
- involverede
- spørgsmål
- IT
- Italiensk vin
- ITS
- Job
- jpg
- Kend
- kendt
- senere
- føre
- Led
- Niveau
- lys
- placeret
- London
- Lang
- kiggede
- leder
- taber
- større
- lave
- Making
- massive
- max-bredde
- måle
- målt
- måske
- modeller
- mere
- mest
- flytning
- Nasa
- Natur
- I nærheden af
- negativ
- neutrinoer
- Neutronstjerner
- næste
- ingen
- Norge
- nummer
- observatorium
- of
- on
- ONE
- kun
- or
- Oprindelse
- Andet
- ud
- Resultat
- del
- partikel
- Fysik
- Fysik verden
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- Punkt
- punkter
- Polen
- præcist
- forudsige
- forudsigelse
- Forudsigelser
- sonde
- producere
- produceret
- producerer
- foreslog
- Quantum
- region
- relevant
- kræver
- forskning
- forskere
- resultere
- roller
- siger
- Videnskab
- Søg
- syv
- bør
- Signal
- signifikant
- Størrelse
- langsommere
- lille
- noget
- Snart
- Syd
- Space
- rumteleskop
- specifikke
- specifikt
- hastighed
- Spin
- Stjerner
- Trin
- Stadig
- Studere
- sådan
- Tag
- hold
- teleskop
- afprøvet
- end
- at
- deres
- Them
- derefter
- teori
- Der.
- Disse
- de
- tror
- denne
- tre
- tre dage
- thumbnail
- til
- i dag
- også
- sand
- to
- forståelse
- Universe
- universitet
- I modsætning til
- brug
- ved brug af
- meget
- bind
- var
- var
- hvornår
- som
- mens
- WHO
- vilje
- med
- inden for
- Arbejde
- world
- ville
- zephyrnet