Ultrarelativistiska neutriner som sprängs ut i rymden under gammastrålningsskurar bromsas av effekterna av kvantgravitationen. Det är slutsatsen av fysiker i Italien, Polen och Norge, som har upptäckt sju neutriner som anlände till jorden senare än väntat, jämfört med deras följeslagna gammastrålar.
Kvantteorin gör ett fantastiskt jobb med att beskriva interaktioner som involverar tre av de fyra kända naturkrafterna. Det finns dock ingen teori idag som på ett adekvat sätt beskriver gravitationens kvantnatur. Medan teorier om kvantgravitation har föreslagits, tenderar de att göra förutsägelser som för närvarande inte kan testas genom experiment eller observation.
En förutsägelse som fysiker har en chans att bekräfta idag är att partiklar som rör sig mycket nära ljusets hastighet kommer att förlora energi på grund av en kvantgravitationseffekt. Ju snabbare partikeln rör sig, desto mer förstärks effekten. Även om effekten är extremt liten, om partiklarna skapas i en astrofysisk händelse miljarder ljusår bort, skulle det kumulativa resultatet bli en fördröjning som skulle kunna mätas när partiklarna anländer till jorden.
Sena neutriner
Nu ett team som leds av Giovanni Amelino-Camelia vid University of Neapel har letat efter denna effekt i neutrinodata som samlats in av IceCube Neutrino Observatory. Beläget på Sydpolen, upptäcker observatoriet neutriner när de ibland interagerar inom en kubikkilometer is.
Forskarna identifierade sju neutriner som har höga sannolikheter att komma från gammastrålning. Dessa är mycket energiska händelser som produceras antingen av supernovorna av de mest massiva stjärnorna, eller av kolliderande neutronstjärnor. Gammastrålar från dessa specifika skurar upptäcktes också av NASA Fermi Gamma-ray rymdteleskop.
Spännande nog verkar dessa neutriner ha anlänt till jorden upp till tre dagar efter att gammastrålarna upptäcktes, vilket tyder på att något hade försenat dem. Tre dagars fördröjning förväntas för partiklar med energier upp till 500 TeV. I jämförelse skulle neutriner med högre energier upp till 2 PeV kräva ett 12-dagars fördröjningsfönster, vilket är för långt för att positivt identifiera dem med en specifik gammastrålning.
Amelino-Camelia förklarar, "Partiklarna får detta extra bidrag till sin hastighet, vilket är negativt, och det växer i storlek när deras energi växer".
Plats, plats
Alla är dock inte övertygade. Teppei Katori från Kings College London, som inte var involverad i arbetet, påpekar att de sju kandidatneutrinorna alla är av "kaskadtyp". I en kaskadhändelse kommer en neutrino in i IceCube-observatoriet och deponerar all sin energi i ett litet, sfäriskt område vilket gör det svårt att bestämma riktningen som neutrinon kom ifrån. Detta är till skillnad från en "spårhändelse", som producerar en signal som pekar tillbaka till neutrinons ursprungspunkt i kosmos.
"Vi vet inte exakt var dessa neutriner kommer ifrån", förklarar Katori.
Det är faktiskt inte ens klart att gammastrålningsskurar producerar ett betydande antal neutriner. Katori citerar tidigare arbete som beskriver en sökning efter neutriner från gammastrålning som inte lyckades hitta en korrelation mellan de två. Han accepterar dock att denna sökning inte tog hänsyn till eventuella förseningar orsakade av kvantgravitationseffekter.
2022 var Katori – som är en del av IceCube-samarbetet – en vetenskapsledare ett annat experiment letar efter kvantgravitationseffekter i neutriner. Specifikt tittade denna studie på hur kvantgravitation kan påverka neutrinoscillationer.
Neutrinos finns i tre olika "smaker" - elektron, muon och tau - och partiklarna kan pendla från en smak till en annan. Även om experimentet inte hittade några bevis för att kvantgravitationen påverkar neutrinoscillationer, var det det första experimentet som undersökte dessa svängningar på en nivå där kvantgravitationen borde vara relevant. Som sådan kunde experimentet införa begränsningar för kvantgravitationsmodeller som förutsäger variationer i svängningarna.
Implikationer för kosmologi
Om kvantgravitationen verkligen bromsar neutrinos, är både Amelino-Camelia och Katori överens om att observationen skulle vara ett stort steg framåt för att förstå kvantgravitationen och dess roll i universums utveckling.
Emellertid, påpekar Amelino-Camelia, "Om effekten bara finns för neutrinos och andra halvheltalspartiklar, kan konsekvenserna för kosmologin vara små".
Kvantgravitationen kan snart testas med hjälp av ultrakalla atomer
För Katori är det viktigaste resultatet av att bekräfta en fördröjning att fysiker kan använda den för att beräkna storleken på kvantgravitationseffekten. Detta skulle göra det möjligt för fysiker att utvärdera konkurrerande modeller av kvantgravitation – och att ta nästa steg och designa experiment och observatorier för att mäta effekten mer exakt.
"Det finns fortfarande ett gap mellan kvantgravitationsmotiverade fenomenologiska modeller och kvantgravitationsteorier", säger Katori. "Jag tror att det är en utmaning att fylla denna lucka [men] att hitta någon kvantgravitationsmotiverad effekt är det första steget."
Sökandet efter neutriner från gammastrålning kommer att dra nytta av konstruktionen av IceCube-Gen2, vilket kommer att öka storleken på detektorvolymen till åtta kubikkilometer is, vilket förbättrar observatoriets förmåga att lokalisera neutrinernas ursprung.
Forskningen beskrivs i Natur Astronomi.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- EVM Finans. Unified Interface for Decentralized Finance. Tillgång här.
- Quantum Media Group. IR/PR förstärkt. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/is-quantum-gravity-slowing-down-neutrinos/
- :är
- :inte
- :var
- $UPP
- 160
- 2022
- 500
- 90
- a
- förmåga
- Able
- AC
- accepterar
- Konto
- adekvat
- påverka
- påverkar
- Efter
- Alla
- tillåter
- också
- Även
- an
- och
- Annan
- vilken som helst
- visas
- ÄR
- AS
- At
- bort
- tillbaka
- BE
- därför att
- varit
- fördel
- mellan
- miljarder
- båda
- men
- by
- beräkna
- kom
- KAN
- kandidat
- kan inte
- vattenfall
- orsakas
- utmanande
- chans
- klar
- samverkan
- College
- komma
- kommande
- följeslagare
- jämfört
- jämförelse
- tävlande
- slutsats
- begränsningar
- konstruktion
- bidrag
- övertygad
- Korrelation
- kosmologi
- Cosmos
- kunde
- skapas
- För närvarande
- datum
- Dagar
- fördröja
- Försenad
- fördröjningar
- insättningar
- beskriven
- Designa
- detekterad
- Bestämma
- DID
- olika
- svårt
- riktning
- do
- gör
- inte
- ner
- under
- jord
- effekt
- effekter
- antingen
- energi
- förbättrad
- Går in
- utvärdera
- Även
- händelse
- händelser
- alla
- bevis
- Utvecklingen
- exakt
- förväntat
- experimentera
- experiment
- Förklarar
- extra
- extremt
- Misslyckades
- fantastisk
- snabbare
- fyllning
- hitta
- finna
- Förnamn
- För
- Krafter
- Framåt
- hittade
- fyra
- från
- Gamma-strålar
- spalt
- skaffa sig
- gravitations
- tyngdkraften
- Växer
- hade
- Har
- he
- Hög
- högre
- höggradigt
- Hur ser din drömresa ut
- Men
- html
- HTTPS
- IS
- identifierade
- identifiera
- if
- bild
- implikationer
- ålagts
- förbättra
- in
- Öka
- informationen
- interagera
- interaktioner
- in
- engagera
- involverade
- fråga
- IT
- Italien
- DESS
- Jobb
- jpg
- Vet
- känd
- senare
- leda
- Led
- Nivå
- ljus
- belägen
- london
- Lång
- såg
- du letar
- förlorar
- större
- göra
- Framställning
- massiv
- max-bredd
- mäta
- mätt
- kanske
- modeller
- mer
- mest
- rörliga
- Nasa
- Natur
- Nära
- negativ
- neutriner
- Neutronstjärnor
- Nästa
- Nej
- Norge
- antal
- observatorium
- of
- on
- ONE
- endast
- or
- Ursprung
- Övriga
- ut
- Resultat
- del
- partikel
- Fysik
- Fysikvärlden
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Punkt
- poäng
- Polen
- exakt
- förutse
- förutsägelse
- Förutsägelser
- sond
- producera
- producerad
- producerar
- föreslagen
- Quantum
- region
- relevanta
- kräver
- forskning
- forskare
- resultera
- Roll
- säger
- Vetenskap
- Sök
- sju
- skall
- Signal
- signifikant
- Storlek
- saktar
- Small
- något
- Alldeles strax
- Söder
- Utrymme
- rymdteleskop
- specifik
- specifikt
- fart
- Snurra
- Stjärnor
- Steg
- Fortfarande
- Läsa på
- sådana
- Ta
- grupp
- teleskop
- testade
- än
- den där
- Smakämnen
- deras
- Dem
- sedan
- Teorin
- Där.
- Dessa
- de
- tror
- detta
- tre
- tre dagar
- miniatyr
- till
- i dag
- alltför
- sann
- två
- förståelse
- Universum
- universitet
- till skillnad från
- användning
- med hjälp av
- mycket
- volym
- var
- były
- när
- som
- medan
- VEM
- kommer
- med
- inom
- Arbete
- världen
- skulle
- zephyrnet