Невозможный фотон. Ученые объяснили попадание на Землю частицы с энергией 300 ТэВ
Физики обнаружили космический фотон с энергией 300 ТэВ, который, согласно известным законам физики, не должен был долететь до Земли, но все же преодолел 2 миллиарда световых лет через реликтовое излучение.
Космическое пространство отнюдь не пусто — оно наполнено космическим микроволновым фоновым излучением (КМФИ), которое является слабым послесвечением Большого взрыва. Взаимодействие с этим фоном должно неизбежно уничтожить любой высокоэнергетический фотон на его пути к нашей планетной системе.
Однако недавно исследователи зафиксировали уникальное событие, бросающее вызов фундаментальным законам современной физики. В октябре 2022 года во время наблюдения яркого гамма-всплеска в истории науки (GRB 221009A) детектор зарегистрировал фотон с невиданной энергией в 300 тераэлектронвольт (ТэВ), что в триллионы раз превышает энергию видимого света.
Чтобы понять масштаб загадки: преодолеть расстояние в 2 миллиарда световых лет сквозь «густой лес» реликтовых фотонов и не столкнуться ни с одним — это все равно что выстрелить из лука сквозь огромное препятствие и не задеть ни одного дерева. Чтобы разгадать этот феномен, группа ученых Итальянского национального института астрофизики (INAF) и Национального института ядерной физики (INFN) предложила новое теоретическое объяснение, результаты которого опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Исследователи предположили, что часть пути фотоны могли «прятаться», превращаясь в гипотетические аксионообразные частицы (АОЧ), которые не взаимодетируют с фоновым излучением, а затем снова становятся фотонами. Однако для энергии в 300 ТэВ только АОЧ недостаточно. Поэтому ученые соединили эту гипотезу с концепцией нарушения лоренц-инвариантности — фундаментального принципа теории относительности, который при экстремальных условиях на уровне квантовой гравитации может создавать своеобразную скоростную полосу для таких частиц.
Интересно, что этот загадочный фотон прибыл с задержкой примерно в один час по сравнению с менее энергетическими частицами из того же источника, также хорошо согласующегося с теорией нарушения лоренцевской симметрии. Несмотря на то, что выводы базируются на анализе одной доли и требуют дальнейшего подтверждения новых наблюдений, работа открывает фантастические перспективы перед учеными.