Νέα διόρθωση στην ταχύτητα του φωτός θα μπορούσε να εξηγήσει τις εκρήξεις νετρίνων στο SN1987

Μήπως το SN1987A εκπέμπει παλμούς δύο νετρίνων;

Η επίδραση της βαρύτητας σε εικονικά ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, καθώς διαδίδονται μέσα στο διάστημα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε παραβίαση της αρχής της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν, σύμφωνα με τους υπολογισμούς του James Franson στο Πανεπιστήμιο του Maryland, Κομητεία της Βαλτιμόρης. 

Ενώ το αποτέλεσμα θα ήταν πάρα πολύ μικρό για να μετρηθεί άμεσα χρησιμοποιώντας τις τρέχουσες πειραματικές τεχνικές, θα μπορούσε να εξηγήσει μια αινιγματική ανωμαλία που παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια του διάσημου σουπερνόβα SN1987 το 1987.

Στη σύγχρονη θεωρητική φυσική, τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις - ο ηλεκτρομαγνητισμός, η ασθενής πυρηνική δύναμη και η ισχυρή πυρηνική δύναμη - περιγράφονται από την κβαντομηχανική. 

Η τέταρτη δύναμη, η βαρύτητα, δεν έχει επί του παρόντος μια κβαντική διαμόρφωση και περιγράφεται καλύτερα από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. 

Ο συνδυασμός της σχετικότητας με την κβαντική μηχανική είναι επομένως ένα σημαντικός και ενεργός τομέας της φυσικής.

Ένα ανοικτό ζήτημα για τους θεωρητικούς φυσικούς, είναι, πώς η βαρύτητα λειτουργεί σε ένα κβαντικό αντικείμενο, όπως ένα φωτόνιο. 

Αστρονομικές παρατηρήσεις έχουν δείξει επανειλημμένα ότι το φως έλκεται από ένα βαρυτικό πεδίο. 

Παραδοσιακά, αυτό περιγράφεται με τη χρήση της γενικής σχετικότητας: το βαρυτικό πεδίο κάμπτει τον χώρο-χρόνο, και το φως επιβραδύνεται (και ελαφρώς εκτρέπεται) καθώς αυτό διέρχεται μέσω της καμπυλωμένης περιοχής. 

Στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, ένα φωτόνιο που διαδίδεται μέσα στο διάστημα, μπορεί περιστασιακά να εξολοθρεύει τον εαυτό του, δημιουργώντας ένα εικονικό ζευγάρι ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου. 

Λίγο μετά, το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο ανασυνδυάζονται και αναδημιουργούν το φωτόνιο. 

Αν είναι σε ένα βαρυτικό δυναμικό, στη συνέχεια, για τον λίγο χρόνο που υπάρχουν ως σωματίδια με μάζα, αισθάνονται την επίδραση της βαρύτητας. 

Όταν επανασυνδέονται, δημιουργούν ένα φωτόνιο με ενέργεια που μετατοπίζεται ελαφρά και αυτό ταξιδεύει ελαφρώς πιο αργά από ό, τι αν δεν υπήρχε βαρυτικό δυναμικό.

Αδιάλλακτες διαφορές

Ο Franson, εξετάζει αυτές τις δύο εξηγήσεις για το γιατί το φως επιβραδύνεται καθώς περνά μέσα από ένα βαρυτικό δυναμικό. 

Αποφάσισε να υπολογίσει πόσο το φως θα πρέπει να επιβραδύνει ανάλογα με την κάθε θεωρία, προβλέποντας ότι θα πάρει την ίδια απάντηση. 

Ωστόσο, ήταν μια έκπληξη: οι προβλεπόμενες αλλαγές στην ταχύτητα του φωτός δεν ταιριάζουν, και η διαφορά αυτή έχει μερικές πολύ παράξενες συνέπειες.

Ο Franson υπολόγισε ότι, το φως ως ένα κβαντικό αντικείμενο, η μεταβολή στην ταχύτητα ενός φωτονίου δεν εξαρτάται από την ισχύ του βαρυτικού πεδίου, αλλά από το ίδιο το βαρυτικό δυναμικό. Ωστόσο, αυτό οδηγεί σε παραβίαση της αρχής της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν - ότι η βαρύτητα και η επιτάχυνση είναι δυσδιάκριτες - επειδή, σε ένα βαρυτικό πεδίο, το βαρυτικό δυναμικό δημιουργείται μαζί με τη μάζα, ενώ σε ένα πλαίσιο της αναφοράς που επιταχύνεται σε ελεύθερη πτώση, δεν είναι. Ως εκ τούτου, θα μπορούσε κανείς να διακρίνει τη βαρύτητα από την επιτάχυνση από το αν ένα φωτόνιο επιβραδύνει ή όταν δεν υφίσταται η δημιουργία σωματιδίων-αντισωματιδίων.

Μετάφραση: To-New-Sas

Πηγή: physicsworld.com