Raggi gamma ad alta energia, una conferma per la relatività di Einstein

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Esperimento mostra validità della relatività e della costanza della velocità della luce. Un interessante esperimento è stato condotto da un team di ricercatori del Los Alamos National Laboratory.

L’esperimento confermerebbe che le leggi della fisica valgono in maniera indipendente da dove ci si trova o dalla velocità con la quale ci si muove. In particolare l’esperimento mostra la solidità della teoria dell’invarianza di Lorentz secondo la quale, appunto, le leggi della fisica rimangono le stesse per tutti gli osservatori che si muovono l’uno rispetto all’altro.

Per dimostrare questo, i ricercatori hanno utilizzato l’osservatorio Cherenkov, un osservatorio posto ad alta altitudine nei pressi di Puebla, in Messico.

Con l’osservatorio i ricercatori hanno rilevato raggi gamma provenienti da galassie lontane.

Vista nel cielo di raggi gamma ad altissima energia. Le frecce stanno ad indicare le quattro fonti con un livello energetico superiore a 100 TeV individuate dai ricercatori all'interno della nostra galassia (credito: Jordan Goodman)
Vista nel cielo di raggi gamma ad altissima energia. Le frecce stanno ad indicare le quattro fonti con un livello energetico superiore a 100 TeV individuate dai ricercatori all’interno della nostra galassia (credito: Jordan Goodman)

Come spiega Pat Harding, un astrofisico del team Neutron Science and Technology del laboratorio di Los Alamos, non si tratta neanche di una ricerca fine a se stessa in quanto le modalità con cui la relatività si comporta quando ci sono in ballo energie molto alte può avere conseguenze nel mondo reale.

La gran parte dei modelli della gravità quantistica suggerisce che la relatività smette di essere valida quando ci sono in ballo energie molto elevate tuttavia questo nuovo esperimento innalza, di oltre un fattore 100, la scala energetica per la quale la stessa relatività funziona ancora, un ulteriore risultato che conferma ancora una volta la validità delle teorie di Einstein.

Inoltre questo esperimento ci fa avvicinare ancora di più al concetto secondo il quale l’invarianza di Lorenz potrebbe essere inviolabile a qualunque stato energetico.

Se non funzionasse in qualche contesto, significherebbe infatti che ci troveremmo di fronte ad alcuni fenomeni esotici davvero strani a cui poi dovremmo dare delle spiegazioni.

Uno di questi vede, per esempio, i raggi gamma muoversi più velocemente della luce. I fotoni di questi raggi gamma ad alta energia, muovendosi ad una velocità maggiore di quella della luce, decadrebbero in particelle di energia inferiore e quindi non potrebbero mai raggiungere la Terra.

Tuttavia l’osservatorio di raggi gamma HAWC in Messico è riuscito a rilevare fonti cosmiche che producono fotoni superiori a 100 TeV. Si tratta di un livello di energia un trilione di volte più alto di quello della luce visibile. Dato che l’osservatorio è riuscito a rilevare questi raggi gamma, l’invarianza di Lorenz deve funzionare anche a livelli energetici molto alti.

“Il rilevamento di raggi gamma anche di energia più elevata da distanze astronomiche consentirà controlli più severi sulla relatività. Dato che l’HAWC continuerà a raccogliere più dati nei prossimi anni e incorporerà miglioramenti guidati da Los Alamos per il rivelatore e le tecniche di analisi alle massime energie, saremo in grado di studiare ulteriormente questa fisica”, riferisce Harding.

Approfondimenti: Phys. Rev. Lett. 124, 131101 (2020) – Constraints on Lorentz Invariance Violation from HAWC Observations of Gamma Rays above 100 TeV (IA) (DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.131101)

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