Ultrarelativistiske nøytrinoer som sprenges ut i rommet under gammastråleutbrudd, bremses ned av virkningene av kvantetyngdekraften. Det er konklusjonen til fysikere i Italia, Polen og Norge, som har oppdaget syv nøytrinoer som ankom jorden senere enn forventet, sammenlignet med deres ledsagende gammastråler.
Kvanteteori gjør en fantastisk jobb med å beskrive interaksjoner som involverer tre av de fire kjente naturkreftene. Imidlertid er det ingen teori i dag som tilstrekkelig beskriver tyngdekraftens kvantenatur. Mens teorier om kvantetyngdekraft har blitt foreslått, har de en tendens til å komme med spådommer som foreløpig ikke kan testes ved eksperiment eller observasjon.
En spådom som fysikere har en sjanse til å bekrefte i dag, er at partikler som beveger seg veldig nær lysets hastighet vil miste energi på grunn av en kvantegravitasjonseffekt. Jo raskere partikkelen beveger seg, jo mer forsterkes effekten. Selv om effekten er ekstremt liten, hvis partiklene skapes i en astrofysisk hendelse milliarder av lysår unna, vil det kumulative resultatet være en forsinkelse som kan måles når partiklene ankommer jorden.
Sene nøytrinoer
Nå er et team ledet av Giovanni Amelino-Camelia ved University of Naples har sett etter denne effekten i nøytrinodata samlet inn av IceCube Neutrino Observatory. Ligger på Sydpolen, oppdager observatoriet nøytrinoer når de av og til samhandler innenfor en kubikkkilometer med is.
Forskerne identifiserte syv nøytrinoer som har høye sannsynligheter for å komme fra gammastråleutbrudd. Dette er svært energiske hendelser som produseres enten av supernovaene til de mest massive stjernene, eller av kolliderende nøytronstjerner. Gammastråler fra disse spesifikke utbruddene ble også oppdaget av NASA Fermi gammastråle-romteleskop.
Det ser fristende ut til at disse nøytrinoene har ankommet jorden opptil tre dager etter at gammastrålene ble oppdaget, noe som tyder på at noe hadde forsinket dem. Forsinkelsen på tre dager er forventet for partikler med energi opp til 500 TeV. Til sammenligning vil nøytrinoer med høyere energier opp til 2 PeV kreve et 12-dagers forsinkelsesvindu, som er for langt til å identifisere dem positivt med en spesifikk gammastråleutbrudd.
Amelino-Camelia forklarer, "Partikler får dette ekstra bidraget til hastigheten, som er negativ, og den vokser i størrelsesorden når energien deres vokser".
Plassering, plassering
Imidlertid er ikke alle overbevist. Teppei Katori fra Kings College London, som ikke var involvert i arbeidet, påpeker at de syv kandidatnøytrinoene alle er av "kaskade-typen". I en kaskadehendelse kommer en nøytrino inn i IceCube-observatoriet og deponerer all energien sin i et lite, sfærisk område som gjør det vanskelig å bestemme retningen nøytrinoen kom fra. Dette er ulikt en "sporhendelse", som produserer et signal som peker tilbake til nøytrinoens opprinnelsespunkt i kosmos.
"Vi vet ikke nøyaktig hvor disse nøytrinoene kommer fra," forklarer Katori.
Det er faktisk ikke engang klart at gammastråleutbrudd produserer et betydelig antall nøytrinoer. Katori siterer tidligere arbeid beskriver et søk etter nøytrinoer fra gammastråleutbrudd som ikke klarte å finne en korrelasjon mellom de to. Han aksepterer imidlertid at dette søket ikke tok hensyn til eventuelle forsinkelser forårsaket av kvantegravitasjonseffekter.
I 2022 var Katori – som er en del av IceCube-samarbeidet – en vitenskapelig leder et annet eksperiment ser etter kvantegravitasjonseffekter i nøytrinoer. Spesifikt så denne studien på hvordan kvantetyngdekraften kan påvirke nøytrinoscillasjoner.
Nøytrinoer kommer i tre forskjellige "smaker" - elektron, muon og tau - og partiklene kan svinge fra en smak til en annen. Selv om eksperimentet ikke fant noen bevis for at kvantetyngdekraften påvirker nøytrinoscillasjoner, var det det første eksperimentet som undersøkte disse svingningene på et nivå der kvantetyngdekraften burde være relevant. Som sådan var eksperimentet i stand til å pålegge begrensninger på kvantegravitasjonsmodeller som forutsier variasjoner i svingningene.
Implikasjoner for kosmologi
Hvis kvantetyngdekraften virkelig bremser nøytrinoer, er både Amelino-Camelia og Katori enige om at observasjonen ville være et stort skritt fremover for å forstå kvantetyngdekraften og dens rolle i universets utvikling.
Imidlertid påpeker Amelino-Camelia, "Hvis effekten bare er der for nøytrinoer og andre halvheltallspinnpartikler, kan implikasjonene for kosmologi være små."
Kvantetyngdekraften kan snart testes ved hjelp av ultrakalde atomer
For Katori er det viktigste resultatet av å bekrefte en forsinkelse at fysikere kan bruke det til å beregne størrelsen på kvantegravitasjonseffekten. Dette vil tillate fysikere å evaluere konkurrerende modeller av kvantetyngdekraft – og ta neste steg og designe eksperimenter og observatorier for å måle effekten mer nøyaktig.
"Det er fortsatt et gap mellom kvantegravitasjonsmotiverte fenomenologimodeller og kvantegravitasjonsteorier," sier Katori. "Jeg tror det er utfordrende å fylle dette gapet [men] å finne en kvantegravitasjonsmotivert effekt er det første trinnet."
Søket etter nøytrinoer fra gammastråleutbrudd vil dra nytte av konstruksjonen av IceCube-Gen2, som vil øke størrelsen på detektorvolumet til åtte kubikkkilometer med is, og forbedre observatoriets evne til å finne opprinnelsen til nøytrinoer.
Forskningen er beskrevet i Naturstjernen.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- EVM Finans. Unified Interface for desentralisert økonomi. Tilgang her.
- Quantum Media Group. IR/PR forsterket. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- kilde: https://physicsworld.com/a/is-quantum-gravity-slowing-down-neutrinos/
- :er
- :ikke
- :hvor
- $OPP
- 160
- 2022
- 500
- 90
- a
- evne
- I stand
- AC
- godtar
- Logg inn
- tilstrekkelig
- påvirke
- påvirker
- Etter
- Alle
- tillate
- også
- Selv
- an
- og
- En annen
- noen
- vises
- ER
- AS
- At
- borte
- tilbake
- BE
- fordi
- vært
- nytte
- mellom
- milliarder
- både
- men
- by
- beregne
- kom
- CAN
- kandidat
- kan ikke
- cascade
- forårsaket
- utfordrende
- sjanse
- fjerne
- samarbeid
- Høyskole
- Kom
- kommer
- følgesvenn
- sammenlignet
- sammenligning
- konkurrerende
- konklusjon
- begrensninger
- konstruksjon
- bidrag
- overbevist
- Korrelasjon
- kosmologi
- Kosmos
- kunne
- opprettet
- I dag
- dato
- Dager
- forsinkelse
- Forsinket
- forsinkelser
- avleiringer
- beskrevet
- utforming
- oppdaget
- Bestem
- gJORDE
- forskjellig
- vanskelig
- retning
- do
- gjør
- ikke
- ned
- under
- jord
- effekt
- effekter
- enten
- energi
- forbedret
- Går inn
- evaluere
- Selv
- Event
- hendelser
- alle
- bevis
- evolusjon
- nøyaktig
- forventet
- eksperiment
- eksperimenter
- forklarer
- ekstra
- ekstremt
- Mislyktes
- fantastisk
- raskere
- fylling
- Finn
- finne
- Først
- Til
- Krefter
- Forward
- funnet
- fire
- fra
- Gamma-stråler
- mellomrom
- få
- gravitasjons
- gravitasjon
- Vokser
- HAD
- Ha
- he
- Høy
- høyere
- svært
- Hvordan
- Men
- HTML
- HTTPS
- ICE
- identifisert
- identifisere
- if
- bilde
- implikasjoner
- pålegge
- bedre
- in
- Øke
- informasjon
- samhandle
- interaksjoner
- inn
- involvere
- involvert
- utstedelse
- IT
- Italia
- DET ER
- Jobb
- jpg
- Vet
- kjent
- seinere
- føre
- Led
- Nivå
- lett
- ligger
- London
- Lang
- så
- ser
- taper
- større
- gjøre
- Making
- massive
- max bredde
- måle
- målte
- kunne
- modeller
- mer
- mest
- flytting
- Nasa
- Natur
- Nær
- negativ
- nøytrinoer
- Neutronstjerner
- neste
- Nei.
- Norge
- Antall
- observatorium
- of
- on
- ONE
- bare
- or
- Origin
- Annen
- ut
- Utfallet
- del
- partikkel~~POS=TRUNC
- Fysikk
- Fysikkens verden
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Point
- poeng
- Polen
- nettopp
- forutsi
- prediksjon
- Spådommer
- probe
- produsere
- produsert
- produserer
- foreslått
- Quantum
- region
- relevant
- krever
- forskning
- forskere
- resultere
- Rolle
- sier
- Vitenskap
- Søk
- syv
- bør
- Signal
- signifikant
- Størrelse
- bremse
- liten
- noe
- Snart
- Sør
- Rom
- romteleskop
- spesifikk
- spesielt
- fart
- Snurre rundt
- Stjerner
- Trinn
- Still
- Studer
- slik
- Ta
- lag
- teleskop
- testet
- enn
- Det
- De
- deres
- Dem
- deretter
- teori
- Der.
- Disse
- de
- tror
- denne
- tre
- tre dager
- thumbnail
- til
- i dag
- også
- sant
- to
- forståelse
- Universe
- universitet
- I motsetning til
- bruke
- ved hjelp av
- veldig
- volum
- var
- var
- når
- hvilken
- mens
- HVEM
- vil
- med
- innenfor
- Arbeid
- verden
- ville
- zephyrnet