Neue Messungen bestätigen, dass die Gesetze der Physik bis zu den bislang höchsten beobachteten Energien gelten, egal wo man sich befindet oder wie schnell man sich bewegt. Beobachtungen von rekordbrechenden Gammastrahlen belegen die Gültigkeit der Lorentz-Invarianz – einem Teil von Einsteins Relativitätstheorie, wonach die Lichtgeschwindigkeit überall im Universum konstant ist. Das High Altitude Water Cherenkov Observatory in Puebla (Mexiko) registrierte die Gammastrahlen, die aus fernen galaktischen Quellen stammte.
„Wie sich die Relativität bei sehr hohen Energien verhält, hat echte Auswirkungen auf die Welt um uns herum“, sagte Pat Harding, ein Astrophysiker der Neutron Science and Technology Group am Los Alamos National Laboratory und Mitglied der wissenschaftlichen HAWC Collaboration. „Die meisten Quantengravitationsmodelle besagen, dass sich das Verhalten der Relativität bei sehr hohen Energien verändern wird. Unsere Beobachtungen solch hochenergetischer Photonen erhöhen den Energiebereich, in dem die Relativität gültig ist, um mehr als das Hundertfache.“
Die Lorentz-Invarianz ist ein Schlüsselelement des Standardmodells der Physik. Eine Reihe von Theorien über die Physik jenseits des Standardmodells schlagen jedoch vor, dass die Lorentz-Invarianz bei den höchsten Energien nicht gilt. Wenn die Lorentz-Invarianz verletzt wird, wird eine Reihe exotischer Phänomene möglich. Beispielsweise könnten Gammastrahlen schneller oder langsamer als die normale Lichtgeschwindigkeit reisen. Wenn sie schneller sind, würden diese hochenergetischen Photonen in energieärmere Teilchen zerfallen und daher nie die Erde erreichen.
Das HAWC Gamma Ray Observatory hat kürzlich eine Anzahl astrophysikalischer Quellen registriert, die Photonen mit Energien oberhalb 100 Teraelektronenvolt produzieren – das sind viel höhere Energien, als in jedem irdischen Beschleuniger erreicht werden. Weil HAWC diese Gammastrahlen sieht, erweitert es den Bereich, in dem die Lorentz-Invarianz gültig ist, um das Hundertfache.
„Nachweise von sogar noch energiereicheren Gammastrahlen aus astronomischen Distanzen werden genauere Prüfungen der Relativität erlauben. Weil HAWC in den kommenden Jahren seine Datensammlung fortsetzen und unter Leitung des Los Alamos National Laboratory Verbesserungen an seinem Detektor und Analysetechniken im höchsten Energiebereich implementieren wird, werden wir in der Lage sein, diese Physik noch genauer zu untersuchen“, sagte Harding.
Abhandlung: „Constraints on Lorentz invariance violation from HAWC observations of gamma rays above 100 TeV, Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.131101
(THK)
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