恒定的光速:爱因斯坦的狭义相对论经受住了高能试验

洛伦兹不变性,以荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹的名字命名,这个概念认为对于整个宇宙的观测者来说,物理定律是一样的,无论他们在哪里或移动的速度有多快。洛伦兹不变性是狭义相对论的核心,狭义相对论预言,在真空中,无论在什么情况下,光速都是恒定的常数。

在迄今为止的所有测量中,这个速度确实是恒定的,即使是科学家使用粒子加速器可以在地球上产生的最高能量水平下进行的测量。 一项新的研究报道说,还具有更高的能量,这些能量是由剧烈的天体物理学现象产生的。

研究小组分析了由墨西哥普埃布拉州一座火山肩上的300个水箱组成的高海拔切伦科夫(HAWC)观测站收集的数据。这些容器内的灵敏探测器能够测量高能伽马射线撞击地球大气层分子时产生的粒子级联。据《物理评论快报》(Physical Review Letters)在线发表的最新研究报告称,观测台已经探测到能量超过100万亿电子伏特的光子迹象,这些光子的能量比可见光的能量高出约1万亿倍。

这是一件大事,因为它表明即使是那些极强的光子也没有超过宇宙的速度极限。研究小组成员说,如果它们的速度超过每秒299791公里,它们就会衰变为低能量粒子,永远无法到达水箱探测器。

新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室天体物理学家、HAWC科学合作组织成员帕特·哈丁在一份声明中说:“相对论在非常高的能量下的行为对我们周围的世界有着真正的影响。大多数量子引力模型都说,相对论的行为将在非常高的能量下崩溃。现在我们对这种高能光子的观测,完全提高了相对论所能容纳的能量尺度,超过了百分之一。”

将来,HAWC将继续获取更多的数据,并把最高能量改进探测器和分析技术纳入其中,进一步推高这些限制,从而提供更严格的狭义相对论检验。

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