감마선 폭발 중에 우주로 날아간 초상대론적 중성미자는 양자 중력의 영향으로 속도가 느려집니다. 이것이 동료 감마선에 비해 예상보다 늦게 지구에 도착한 XNUMX개의 뉴트리노를 발견한 이탈리아, 폴란드, 노르웨이의 물리학자들의 결론입니다.
양자 이론은 알려진 자연의 네 가지 힘 중 세 가지와 관련된 상호 작용을 설명하는 환상적인 작업을 수행합니다. 그러나 오늘날 중력의 양자적 특성을 적절하게 설명하는 이론은 없습니다. 양자 중력 이론이 제안되었지만 현재로서는 실험이나 관찰로 테스트할 수 없는 예측을 하는 경향이 있습니다.
오늘날 물리학자들이 확인할 수 있는 한 가지 예측은 빛의 속도에 매우 가깝게 움직이는 입자가 양자 중력 효과로 인해 에너지를 잃을 것이라는 것입니다. 파티클의 이동 속도가 빠를수록 효과가 강화됩니다. 그 효과는 극히 작지만 수십억 광년 떨어진 천체 물리학적 사건에서 입자가 생성된다면 누적 결과는 입자가 지구에 도착할 때 측정할 수 있는 지연이 될 것입니다.
후기 중성미자
이제 팀이 이끄는 조반니 아멜리노-카멜리아 나폴리 대학의 연구진은 이 효과를 IceCube 중성미자 관측소. 남극에 위치한 천문대는 XNUMX세제곱 킬로미터의 얼음 내에서 가끔 상호 작용할 때 중성미자를 감지합니다.
연구원들은 감마선 폭발에서 나올 확률이 높은 XNUMX개의 중성미자를 확인했습니다. 이것은 가장 무거운 별의 초신성 또는 충돌하는 중성자 별에 의해 생성되는 매우 에너지가 넘치는 사건입니다. 이러한 특정 폭발의 감마선은 NASA에서도 감지되었습니다. 페르미 감마선 우주 망원경.
애석하게도 이 중성미자는 감마선이 감지된 지 최대 500일 후에 지구에 도착한 것으로 보이며, 이는 무언가 지연된 것으로 보입니다. 최대 2 TeV의 에너지를 가진 입자의 경우 12일 지연이 예상됩니다. 이에 비해 최대 XNUMX PeV의 더 높은 에너지를 가진 중성미자는 XNUMX일의 지연 기간이 필요하며 특정 감마선 폭발로 확실히 식별하기에는 너무 깁니다.
Amelino-Camelia는 "입자는 속도에 이러한 추가 기여를 얻습니다. 이는 음수이며 에너지가 증가함에 따라 크기가 커집니다."라고 설명합니다.
위치, 위치
그러나 모든 사람이 확신하지는 못합니다. 카토리 텟페이 이 작업에 참여하지 않은 Kings College London의 연구원은 XNUMX개의 후보 뉴트리노가 모두 "캐스케이드 유형"이라고 지적합니다. 캐스케이드 이벤트에서 중성미자는 IceCube Observatory에 들어가 모든 에너지를 작은 구형 영역에 저장하여 중성미자가 나온 방향을 결정하기 어렵게 만듭니다. 이것은 우주에서 중성미자의 기원점을 가리키는 신호를 생성하는 "트랙 이벤트"와는 다릅니다.
"우리는 이 중성미자가 정확히 어디에서 오는지 모릅니다."라고 Katori는 설명합니다.
실제로 감마선 폭발이 상당한 수의 중성미자를 생성하는지조차 명확하지 않습니다. 카토리 인용 초기 작업 둘 사이의 상관 관계를 찾지 못한 감마선 폭발에서 중성미자 검색을 설명합니다. 그러나 그는 이 검색이 양자 중력 효과로 인한 지연을 고려하지 않았다는 점을 인정합니다.
2022년에 IceCube 협업의 일부인 Katori는 또 다른 실험 중성미자에서 양자 중력 효과를 찾고 있습니다. 구체적으로, 이 연구는 양자 중력이 중성미자 진동에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 조사했습니다.
중성미자는 전자, 뮤온 및 타우의 세 가지 "맛"이 있으며 입자는 한 맛에서 다른 맛으로 진동할 수 있습니다. 실험에서 중성미자 진동에 영향을 미치는 양자 중력에 대한 증거는 발견되지 않았지만 양자 중력이 관련되어야 하는 수준에서 이러한 진동을 조사한 첫 번째 실험이었습니다. 이와 같이 실험은 진동의 변화를 예측하는 양자 중력 모델에 제약을 가할 수 있었습니다.
우주론에 대한 시사점
양자 중력이 실제로 중성미자의 속도를 늦추고 있다면 Amelino-Camelia와 Katori는 양자 중력과 우주 진화에서의 역할을 이해하는 데 중요한 단계가 될 것이라는 데 동의합니다.
그러나 Amelino-Camelia는 "중성미자 및 기타 반정수 스핀 입자에 대한 효과만 있다면 우주론에 미치는 영향은 미미할 수 있습니다"라고 지적합니다.
초저온 원자를 사용하여 곧 양자 중력을 테스트할 수 있습니다.
Katori에게 지연 확인의 가장 중요한 결과는 물리학자들이 이를 사용하여 양자 중력 효과의 크기를 계산할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 물리학자들은 양자 중력의 경쟁 모델을 평가하고 다음 단계로 나아가 효과를 보다 정확하게 측정하기 위한 실험과 관측소를 설계할 수 있습니다.
"양자 중력 동기 현상학 모델과 양자 중력 이론 사이에는 여전히 간극이 있습니다."라고 Katori는 말합니다. "나는 이 격차를 메우는 것이 어렵다고 생각하지만 양자 중력 동기 효과를 찾는 것이 첫 번째 단계입니다."
감마선 폭발에서 중성미자를 찾는 것은 IceCube-Gen2, 검출기 부피의 크기를 XNUMX 입방 킬로미터의 얼음으로 증가시켜 관측소가 중성미자의 기원을 정확히 찾아내는 능력을 향상시킬 것입니다.
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