2009.10.29. - Fo­ton­ver­seny, mely­nek ered­mé­nye Eins­teint iga­zol­hat­ja

Egy tá­vo­li gam­ma­vil­la­nás két el­té­rő ener­gi­á­jú fo­ton­ja 7,3 mil­li­árd éves uta­zás után ke­ve­sebb, mint egy má­sod­per­ces kü­lönb­ség­gel ér­te el a Fer­mi űr­te­lesz­kó­pot. A kis el­té­rés is­mét csak az Eins­tein-fé­le re­la­ti­vi­tás­el­mé­le­tet iga­zol­hat­ja.

Az Uni­ver­zu­mot át­sze­lő 7,3 mil­li­árd éves uta­zás vég­ál­lo­má­sa­ként 2009. má­jus 10-én 0,9 má­sod­per­ces idő­kü­lönb­ség­gel egy gam­ma­vil­la­nás két fo­ton­ja ér­te el a Fer­mi űr­te­lesz­kó­pot. Az ilyen hosszú út meg­té­te­le után szin­te egy­szer­re be­ér­ke­ző két fo­ton to­vább szít­hat­ja az Eins­tein-fé­le re­la­ti­vi­tás­el­mé­le­tek­kel kap­cso­la­tos vi­ták tü­zét, ugyan­is az egyik ener­gi­á­ja jó­val na­gyobb volt a má­si­ké­nál, mil­li­ó­szo­ro­san ha­lad­ta meg azt.

A re­la­ti­vi­tás­el­mé­let ol­da­lá­ról úgy tű­nik, nincs prob­lé­ma. Eins­tein te­ó­ri­á­ja sze­rint ugyan­is a négy­di­men­zi­ós tér­idő­ben min­den elekt­ro­mág­ne­ses su­gár­zás - füg­get­le­nül at­tól, hogy a fo­ton­ja­i­nak mek­ko­ra az ener­gi­á­ja - ugyan­ak­kor se­bes­ség­gel ter­jed vá­ku­um­ban. A gra­vi­tá­ció újabb el­mé­le­tei azon­ban azt jó­sol­ják, hogy a tér­idő na­gyon kis ská­lá­kon, az ún. Planck-hossz nagy­ság­rend­jé­ben (kö­rül­be­lül 10^-33 cm) el­vesz­ti si­ma­sá­gát, s leg­in­kább a hab­zó víz­fel­szín­hez ha­son­lít­ha­tó. Ez a fluk­tu­á­ció pe­dig az el­kép­ze­lé­sek sze­rint a na­gyobb ener­gi­á­jú fo­to­no­kat a ki­sebb ener­gi­á­jú­ak­hoz vi­szo­nyít­va le­las­sít­ja. A mind­össze 0,9 má­sod­per­ces be­ér­ke­zé­si idő­kü­lönb­ség azon­ban olyan ki­csi, hogy az min­den bi­zonnyal a gam­ma­vil­la­nás köz­ben zaj­ló fo­lya­ma­tok­nak kö­szön­he­tő, így Pe­ter Mi­chel­son (Stan­ford Uni­ver­sity), a Fer­mi LAT (Lar­ge Area Te­lesc­ope) mű­sze­ré­nek ve­ze­tő ku­ta­tó­ja sze­rint emi­att nem kell mó­do­sí­tá­so­kat esz­kö­zöl­ni az eins­tei­ni el­mé­let­ben: a két na­gyon el­té­rő ener­gi­á­jú fo­ton rend­kí­vül nagy pon­tos­ság­gal ugyan­az­zal a se­bes­ség­gel szel­te át a fél Vi­lág­egye­te­met.

Il­luszt­rá­ció a két, el­té­rő ener­gi­á­jú fo­ton­ról. Né­hány el­mé­le­ti szak­em­ber jós­la­ta sze­rint a na­gyobb ener­gi­á­jú fo­to­nok erő­seb­ben hat­nak köl­csön a tér­idő na­gyon ap­ró fod­ro­zó­dá­sa­i­val, mint ki­sebb ener­gi­á­jú tár­sa­ik, ezért azok­hoz ké­pest le­las­sul­nak. A Fer­mi-ada­tok azon­ban cá­fol­ni lát­sza­nak ezt a kö­vet­kez­te­tést.
[NA­SA/So­no­ma Sta­te Uni­ver­sity/Au­ro­re Si­mon­net]

A fi­zi­ka egyik leg­na­gyobb prob­lé­má­ja a négy alap­ve­tő köl­csön­ha­tás egy­sé­ges egész­be fog­la­lá­sá­nak kér­dé­se, az ún. nagy egye­sí­tés el­mé­le­te (Grand Uni­fi­ca­ti­on The­ory, GUT). A ré­szecs­ke­fi­zi­ka het­ve­nes évek vé­gé­re ki­dol­go­zott szten­derd mo­dell­je (Stan­dard Mo­del, SM) ke­re­té­ben kö­zü­lük hár­mat, az elekt­ro­mág­ne­ses köl­csön­ha­tást, a nuk­le­o­nok össze­tar­tá­sá­ért fe­le­lős erős köl­csön­ha­tást, va­la­mint a ra­dio­ak­tív bom­lá­so­kat irá­nyí­tó gyen­ge köl­csön­ha­tást si­ke­rült egy­ség­be fog­lal­ni, a gra­vi­tá­ció azon­ban mind­má­ig el­len­áll ezen tö­rek­vé­sek­nek. A gra­vi­tá­ció Eins­tein-fé­le el­mé­le­té­nek fel­vál­tá­sá­ra több te­ó­ria is szü­le­tett, Mi­chel­son sze­rint azon­ban ezek tesz­te­lé­sé­re csak kor­lá­to­zott le­he­tő­sé­gek áll­nak ren­del­ke­zés­re. Ilyen rit­ka al­kal­mat kí­nált a szó­ban for­gó két fo­ton de­tek­tá­lá­sa. Bár a gra­vi­tá­ci­ós el­mé­le­tek kö­zött zaj­ló vi­tát nyil­ván nem fog­ják el­dön­te­ni, újabb érv­ként szol­gál­hat­nak a re­la­ti­vi­tás­el­mé­le­tek ér­vé­nyes­sé­ge mel­lett.

A két fo­ton egy ún. rö­vid gam­ma­vil­la­nás ered­mé­nye­ként in­dult el el­kép­zel­he­tet­le­nül hosszú út­já­ra. Ezen ese­mé­nyek a vo­nat­ko­zó el­mé­le­tek sze­rint két ne­ut­ron­csil­lag üt­kö­zé­se és össze­ol­va­dá­sa nyo­mán kö­vet­kez­nek be. A köz­ben ki­bo­csá­tott ener­gia pe­dig akár mil­li­ó­szo­ro­san is meg­ha­lad­hat­ja az egész Tej­út­rend­sze­rünk tel­jes ener­gia­pro­duk­ci­ó­ját, igaz, hogy csak na­gyon rö­vid idő­re. A GRB 090510 jel­zés­sel el­lá­tott gam­ma­vil­la­nás mind­össze 2,1 má­sod­per­cig tar­tott.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk a Na­tu­re ma­ga­zin hon­lap­ján je­lent meg 2009. ok­tó­ber 28-án.

For­rás:

• Sci­en­ce­Da­ily 2009.10.28.
• doi:10.1038/na­tu­re08574