艺术家对亚原子粒子运动的再现。中微子物理学家研究了IceCube天文台检测到的中微子,发现他们支持阿尔伯特爱因斯坦的相对论。

科学家们再一次表明,爱因斯坦的狭义相对论是正确的—这一次,这要归功于埋藏在南极洲深处的粒子探测器。

来自1-gigaton IceCube Neutrino天文台的科学家研究了称为中微子的亚原子粒子:难以捉摸的无电荷亚原子粒子,它们与电子一样小。研究人员想知道这些微小的高能粒子是否会偏离狭义相对论所预测的行为。具体来说,他们正在测试洛伦兹对称性 - 物理定律相同的原则,无论你是宇航员以每小时一百万英里的速度穿越太空,还是以一小部分速度在地球上慢慢行进的蜗牛。

中微子无处不在,但它在整个宇宙中独自旅行时,很少与其他物质相互作用。当中微子飞过太空时,它们在三种不同的状态之间振荡,物理学家称之为味道:电子,μ子和τ子。当中微子与天文台下方的冰相互作用时,它们会变成μ子,它们被充电,然后被探测器识别出来。

如果洛伦兹对称原理成立,给定质量的中微子应该以可预测的速率振荡—这意味着中微子应该在转变为μ子之前行进一定距离。任何偏离率都可能表明我们的宇宙不像爱因斯坦预测的那样发挥作用。

麻省理工学院(MIT)的粒子物理学家CarlosArgüelles表示,这意味着中微子是"用于观察时空效应的敏感探测器",例如检测洛伦兹违规的可能。

"理论可能会崩溃,或者当你在新的领域寻找新的影响时,"Argüelles说。

从光子到重力,科学家们已经在许多情况下寻找证据,但总是空手而归。但是,对于中微子,Argüelles说,科学家可以"探索这个以前未被探索过的新的高能量体系"。

Argüelles和他的同事回顾了IceCube天文台收集的两年中微子数据。他们的搜索没有证据表明洛伦兹在高能中微子领域存在违规行为。研究报告的共同作者,麻省理工学院的物理学家珍妮特康拉德在一份声明中表示,"关于洛伦兹违反一系列高能中微子的可能性已经很长时间了。"

这一结果使得研究人员能够计算出任何与能量水平大于10的中微子相互作用的东西,升至负36千兆电子伏特(GeV)的平方,似乎遵循中微子振荡的正常规则—这意味着洛伦兹对称性仍然按预期工作。从正确的角度来看,无限小的中微子与物质相互作用,能量水平约为10,升至-5 GeV平方,这仍然非常微弱,但比这个新的极限大10亿倍。

康拉德说:"我们能够设定最严格的限制因为中子可能会受到洛伦兹违规场的影响。"

当爱因斯坦去世时,中微子还没有被发现,但是他的理论仍然预测了他们的行为,"这太棒了,"阿格利勒斯说。"到目前为止,我们没有发现任何证据表明爱因斯坦的时空相对论理论存在问题,"他说。

尽管如此,Argüelles和他的同事计划继续探索洛伦兹违规事件的高能现象。"当你探索新的条件时,你可能会发现一些不重要的东西现在很重要,"他说。

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