Обнаруженные учеными нейтрино подтверждают общую теорию относительности

Двенадцатого июля 2018 года ученые из нейтринной обсерватории IceCube объявили об обнаружении нейтрино высоких энергий. Это открытие в очередной раз подтвердило правоту самого известного физика ХХ века. 

Даже таинственные призрачные частицы, едва взаимодействующие с обычной материей, следуют общей теории относительности, в очередной раз подтверждая правоту Эйнштейна. На сегодняшний день эти высокоэнергетические субатомные частицы представляют наилучшее доказательство принципа Лоренца.

Принцип Лоренца – краеугольный камень теории относительности Эйнштейна, утверждающий, что все объекты следуют законам физики до тех пор, пока движутся с постоянной скоростью. Согласно одному из аспектов теории относительности, все объекты наблюдают одну и ту же скорость света, даже если они сами движутся с разной скоростью. Астронавт, движущийся со скоростью миллион километров в час, будет наблюдать ту же скорость света, что и улитка, переползающая тропинку в деревне. Они будут наблюдать свет, движущийся со скоростью 299 792 километров в секунду.

Однако ученые не прекращали испытывать теорию относительности Эйнштейна с 1905 года, с тех самых пор, когда он ее впервые опубликовал. В 1950-х годах, когда были открыты нейтрино, некоторые эксперты задались вопросом: соблюдают ли незаряженные частицы принцип Лоренца. Исследователи задумались, сможет ли таинственная сила, называемая нарушением Лоренца, заставить эти объекты изменить свое поведение, опровергая теории Эйнштейна.
 

 
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, ученые из Массачусетского технологического института в Кембридже и IceCube Collaboration на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе обнаружили, что даже нейтрино подчиняются теории относительности.

После анализа данных, собранных за два года нейтринным детектором IceCube, весом в одну гигатонну, исследователи пришли к заключению, что никаких аномалий, указывающих на пренебрежение нейтрино законами Эйнштейна, не обнаружено.

«Мы искали отклонения, вызванные нарушением Лоренца, но не нашли,» – говорит ведущий автор, профессор физики в МТИ. «Это закрывает книгу возможности нарушения Лоренца для ряда нейтрино высоких энергий на очень долгое время».

При соблюдении принципа Лоренца исследователи могут предсказать степень колебаний нейтрино данной массы. Это означает, что нейтрино необходимо передвигаться на определенные расстояния прежде, чем он станет мюоном. Любого отклонения от этого принципа было бы достаточно, чтобы перевернуть теорию относительности Эйнштейна, по крайней мере, на уровне нейтрино.

Однако и это исследование, и его результаты стали выдающимися открытиями в мире науки, так как у исследователей впервые появилась возможность изучать нейтрино высоких энергий на Земле. И если бы нарушение Лоренца имело место быть, то его очень легко обнаружили бы на таких высоких энергиях.

«Нам удалось определить границы этого гипотетического поля, которые намного, намного точнее всех предыдущих», – говорит Конрад.