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