Uusi teoria selittää korkeaenergisen fotonin matkan Maahan
Tiedemiehet ovat ehdottaneet uutta selitystä poikkeuksellisen korkeaenergisen fotonin matkalle Maahan. Fotoni, joka on peräisin kaikkien aikojen kirkkaimmasta gammapurkauksesta, vaikuttaa rikkoneen tunnettuja fysiikan lakeja.
Tiedemiehet ovat esittäneet uuden teorian selittämään, miten korkeaenerginen fotoni, joka on peräisin kaikkien aikojen kirkkaimmasta gammapurkauksesta (BOAT), onnistui matkustamaan yli kaksi miljardia valovuotta Maahan ilman, että se olisi imeytynyt matkalla.
Gammapurkaus, viralliselta nimeltään GRB 221009A, havaittiin 9. lokakuuta 2022. Tämän purkauksen mukana tuli valtava määrä fotoneja, mukaan lukien ihmisen havaitsema korkeaenergeettisin fotoni, joka on peräisin gammasäteilypurkauksesta. Fotoni havaittiin Venäjällä sijaitsevan Baksanin observatorion "Carpet"-ilmaisimella.
Ongelma oli, että nykyisten fysiikan lakien mukaan näin suurienergisen hiukkasen ei pitäisi pystyä matkustamaan niin kaukaa Maahan. Maan ja gammapurkauksen välillä on avaruudessa niin sanottua "fossiilisäteilyä", kuten kosmisen taustasäteilyn fotoneja. Nämä ovat vuorovaikutuksessa korkeaenergiaisten fotonien kanssa ja muuttavat ne. Tämän fotonin kuitenkin uskottiin saapuneen perille.
Tutkimusryhmä ehdottaa, että fotoni muuttui matkalla kevyeksi, hypoteettiseksi hiukkaseksi, jota kutsutaan alkeisaksioneiksi (ALPs). Saavuttuaan Linnunrataan se muuttui takaisin fotoniksi. Tämä mekanismi yksin ei kuitenkaan riittänyt selittämään fotonin poikkeuksellista energiaa.
Tutkijat yhdistivät alkeisaksioni-hypoteesin ja Albert Einsteinin suppean suhteellisuusteorian periaatteen "Lorentz-invarianssin rikkoontuminen". Teorian mukaan äärimmäisen korkeissa energiatiloissa Lorentz-invarianssi, joka takaa fysiikan lakien samankaltaisuuden eri nopeuksilla liikkuville havaitsijoille, saattaa rikkoutua. Tämä rikkoontuminen muuttaisi fotonin etenemisominaisuuksia avaruudessa, mahdollistaen sen kulkea "kosmisella pikatiellä" ja välttää vuorovaikutuksia, jotka olisivat muuttaneet sen.
Teoria selittää myös havaintoja: korkeaenerginen fotoni saapui Maahan noin tunti matalamman energian fotoneja myöhemmin, mikä sopii malliin. Tutkimus tarjoaa mahdollisuuden tutkia kvanttigravitaatiota luonnollisessa laboratoriossa.