2012-12-11 08:13:51

Исследование гамма-всплесков не поддержало теорию суперструн

источник: http://science.compulenta.ru

10 декабря 2012 года, 19:44 | Текст: Александр Березин

Кенджи Тома (Kenji Toma) из Осакского университета и Шинджи Мукохияма (Shinji Mukohyama) изИнститута физики и математики Вселенной Токийского университета (оба — Япония) вместе с коллегами провели анализ фотонной поляризации трёх удалённых гамма-вспышек, зарегистрированных космическим аппаратом с солнечным парусом IKAROS, на борту которого есть поляриметр гамма-вспышек.

Гамма-всплески — довольно редкие события, связываемые с коллапсом вещества обычной массивной звезды в нейтронную звезду или чёрную дыру. Энергия их необычайно велика — к примеру, равна энергии, излучаемой Солнцем за 10 млрд лет, то есть за всю жизнь светила, включая ту, что только предстоит. Поляризация, которую удалось с беспрецедентной точность измерить японцам, знакома любому посетителю так называемого 3D-кинотеатра. Там при помощи поляризованных очков вы видите наложение двух изображений, содержащих сходную «картинку» с разной поляризацией.

 

IKAROS, запущенный в 2010 году, помог протестировать не только полёты с солнечным парусом, но и ряд физических теорий. (Иллюстрация JAXA.)
IKAROS, запущенный в 2010 году, помог протестировать не только полёты с солнечным парусом, но и ряд физических теорий. (Иллюстрация JAXA.)


Благодаря огромному удалению источников гамма-всплесков от Земли мы можем, проанализировав их фотоны, сделать вывод об их поляризации на протяжении тех миллиардов лет, которые ушли у гамма-фотонов всплеска на преодоление пути до земного наблюдателя. В результате проведённых измерений удалось установить, что, несмотря на огромное время путешествия этих гамма-фотонов, их поляризация не вращалась.

Отсутствие такого вращения накладывает серьёзные ограничения на нарушение CPT-инвариантности— фундаментальной симметрии физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени. Именно CPT-инвариантность, предполагающая, что между частицами и античастицами есть строгое равенство массы и магнитного момента, считается фундаментальным качеством физических законов. И именно её теория суперструн считает неверной на очень малых расстояниях, где такая симметрия свойств частиц и античастиц должна нарушаться, как уверяют нас сторонники этой гипотезы.

Гамма-всплеск, как считается, генерируется именно так: в ходе коллапса массивной звезды в нейтронную или даже ЧД. (Иллюстрация NASA.)
Гамма-всплеск, как считается, генерируется именно так: в ходе коллапса массивной звезды в нейтронную или даже ЧД. (Иллюстрация NASA.)
«Полученный результат накладывает фундаментальные ограничения на квантовую гравитацию — теорию-мечту, объединяющую эйнштейновскую теорию гравитации и квантовую теорию», — полагает Кенджи Тома. Отметим, что не только теория суперструн, но и петлевая квантовая гравитацияпринципиально зависят от существования предсказываемого ими, но пока не обнаруженного экспериментально нарушения CPT-инвариантности.

Новые данные, свидетельствующие о линейной поляризации фотонов гамма-всплесков, накладывают на нарушение СРТ-инвариантности ограничения в 1015 на миллион. Хотя ряд предыдущих наземных экспериментов уже накладывал такого рода ограничения, они были на восемь порядков менее строгими, что давало не много в смысле доказательности: отсутствие нарушения было показано только для величин, очень далёких от планковской длины, а именно на её масштабах, как считается, должны проявляться как струны, так и нарушение СРТ-инвариантности. Новый же результат, по всей видимости, заставит пересмотреть параметры струнных теорий в целом.
Отчёт об исследовании вскоре выйдет в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

display: inline ! important; float: none">Подготовлено по материалам Института физики и математики Вселенной Токийского университета.