ガンマ線バースト中に宇宙に吹き飛ばされる超相対論的ニュートリノは、量子重力の影響によって減速されます。 これは、仲間のガンマ線と比較して、予想よりも遅れて地球に到達したXNUMXつのニュートリノを発見したイタリア、ポーランド、ノルウェーの物理学者らの結論だ。
量子理論は、既知の自然の XNUMX つの力のうち XNUMX つが関与する相互作用を見事に説明します。 しかし、今日、重力の量子的性質を適切に説明する理論はありません。 量子重力理論は提案されていますが、現時点では実験や観察によって検証できない予測を行う傾向があります。
今日物理学者が確認できる可能性のある予測の XNUMX つは、光速に非常に近い速度で移動する粒子は量子重力効果によりエネルギーを失うというものです。 パーティクルの移動速度が速いほど、効果は大きくなります。 その影響は非常に小さいですが、数十億光年離れた天体物理現象で粒子が生成された場合、その累積結果は粒子が地球に到着するときに測定できる遅延となるでしょう。
後期ニュートリノ
今、 ジョバンニ・アメリーノ=カメリア ナポリ大学の研究者らは、研究者が収集したニュートリノ データからこの効果を調べました。 IceCubeニュートリノ天文台。 南極に位置するこの天文台は、氷の立方キロメートル内で時折相互作用するニュートリノを検出します。
研究者らは、ガンマ線バーストから発生する可能性が高いXNUMXつのニュートリノを特定した。 これらは、最も重い星の超新星、または中性子星の衝突によって発生する非常にエネルギーの高い現象です。 これらの特定のバーストからのガンマ線は、NASA によっても検出されました。 フェルミガンマ線宇宙望遠鏡.
興味深いことに、これらのニュートリノはガンマ線が検出されてから最大 500 日後に地球に到達したようであり、何かが遅れていたことを示唆しています。 最大 2 TeV のエネルギーを持つ粒子では 12 日の遅れが予想されます。 比較すると、最大 XNUMX PeV までの高エネルギーのニュートリノには XNUMX 日間の遅延期間が必要ですが、特定のガンマ線バーストでニュートリノを確実に識別するには長すぎます。
アメリーノ・カメリアは、「粒子はその速度に余分な影響を与えますが、これは負のことであり、エネルギーが増大するにつれてその大きさも大きくなります。」と説明します。
場所、場所
しかし、誰もが納得しているわけではありません。 香取哲平 この研究には関与していないキングス・カレッジ・ロンドンの教授は、XNUMXつの候補ニュートリノはすべて「カスケード型」であると指摘している。 カスケード現象では、ニュートリノが IceCube 天文台に入り、そのすべてのエネルギーが小さな球状の領域に蓄積され、ニュートリノが来た方向を特定することが困難になります。 これは、宇宙におけるニュートリノの起源点を指す信号を生成する「追跡イベント」とは異なります。
「これらのニュートリノが正確にどこから来たのかはわかりません」と香取氏は説明する。
実際、ガンマ線バーストがかなりの数のニュートリノを生成するかどうかさえ明らかではありません。 香取氏はこう挙げる。 以前の仕事 ガンマ線バーストからのニュートリノの探索について説明していますが、両者の間に相関関係は見つかりませんでした。 ただし、この探索では量子重力効果によって引き起こされる遅延が考慮されていないことを彼は認めています。
2022 年、IceCube コラボレーションの一員である香取は、科学分野のリーダーでした。 別の実験 ニュートリノの量子重力効果を探しています。 具体的には、この研究では、量子重力がニュートリノ振動にどのような影響を与えるかを調べました。
ニュートリノには電子、ミューオン、タウという XNUMX つの異なる「フレーバー」があり、粒子は XNUMX つのフレーバーから別のフレーバーへと振動します。 この実験では、量子重力がニュートリノ振動に影響を与えるという証拠は見つかりませんでしたが、量子重力が関連するはずのレベルでこれらの振動を調査した最初の実験でした。 そのため、この実験では、振動の変動を予測する量子重力モデルに制約を課すことができました。
宇宙論への影響
もし量子重力が実際にニュートリノの速度を遅くしているのであれば、この観測は量子重力と宇宙の進化におけるその役割を理解する上で大きな前進となるだろうと、アメリーノ・カメリア氏とカトリ氏の両者は同意する。
しかし、アメリーノ・カメリア教授は、「もしその効果がニュートリノやその他の半整数スピン粒子にのみ存在するのであれば、宇宙論への影響は小さいかもしれない」と指摘する。
量子重力は、超低温原子を使用してすぐにテストされる可能性があります
香取氏にとって、遅延の確認によって得られた最も重要な成果は、物理学者がそれを利用して量子重力効果の大きさを計算できるようになったということだ。 これにより、物理学者は量子重力の競合モデルを評価し、次のステップに進んで効果をより正確に測定するための実験や天文台を設計できるようになります。
「量子重力を動機とする現象学モデルと量子重力理論の間にはまだギャップがあります」と香取氏は言う。 「このギャップを埋めるのは難しいと思いますが、量子重力を動機とする効果を見つけることが最初のステップです。」
ガンマ線バーストからのニュートリノの探索は、 IceCube-Gen2これにより、検出器の体積が氷XNUMX立方キロメートルに拡大され、ニュートリノの起源を正確に特定する天文台の能力が向上します。
研究はで説明されています 自然天文学.
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