Observatoř HAWC, Mexiko. Kredit: Jordan Goodman / LANL

Einstenova relativita stále vládne. Fyzici ji ale nenechávají v klidu a neustále hledají skuliny, jimiž by bylo možné prorazit k nové fyzice. Jedním z klíčových prvků relativity je předpověď Lorentzovy invariance, tj. toho že rychlost světla je všude ve vesmíru konstantní a samozřejmě nepřekročitelná. Právě na tuto předpověď se nedávno zaměřila unikátní vysokohorská gama observatoř HAWC (High Altitude Water Cherenkov Observatory). Z jejich pozorování vyplynulo, že rychlost světla zůstává stejná i za hodně extrémních energií.

Pat Harding. Kredit: LANL.

Zmíněná observatoř se nachází na svazích vulkánu Sierra Negra v mexickém státě Puebla, v nadmořské výšce 4100 metrů. Pozoruje gama záření a také kosmické záření, a to nepřímo, protože takové záření neprojde pozemskou atmosférou. Pomocí 300 vodních detektorů sleduje dopadající Čerenkovovo záření, které vzniká při zásahu atmosféry vysokoenergetickým zářením.

Podle Pata Hardinga z laboratoří Los Alamos National Laboratory (LANL), který je členem mezinárodního týmu HAWC Collaboration, je pro celou fyziku a vlastně i celou realitu zcela zásadní, jak se chová rychlost světla v oblasti extrémně vysokých energií. Jde o to, že kvantové modely obvykle předpovídají, že se zákonitosti provázané s relativitou změní za vysokých energií. Takové věci je přitom možné ověřit s využitím „přírodních“ vesmírných experimentů, tedy pozorováním jevů v hlubokém vesmíru.

Vysokoenergetická astrofyzika vysoko v horách. Každý z tanků obsahuje 188 000 litrů vody. Kredit: Jordanagoodman / Wikimedia Commons.

Lorentzova invariance je klíčovou součástí Standardního modelu fyziky. Existuje ale řada teorií, které by ji rády zkrotily. Pokud by k tomu došlo a ukázalo by se, že v oblasti extrémních energií Lorentzova invariance nefunguje, otevřelo by to dveře pro rozmanité exotické možnosti. Mohlo by se například ukázat, že fotony gama záření letí o něco rychleji nebo naopak pomaleji, než je konvenční rychlost světla. Pokud by to bylo rychleji, tak by se takové fotony mohly záhy rozpadat na méně energetické částice a k Zemi by nedorazily.

Observatoř HAWC nedávno detekovala celou řadu astrofyzikálních zdrojů záření, které vyzařují fotony na energiích přesahujících 100 TeV, což je asi tak bilionkrát více, nežli energie fotonů viditelného světla. Takže tak energetické fotony na Zemi očividně doletí. O takových energiích si pozemské urychlovače přitom mohou jen nechat zdát. Díky pozorováním observatoře HAWC nyní víme, že Lorentzova invariance vydrží i za zhruba stokrát vyšších energií, než jsme měli doposud ověřeno.

Pozorování záření extrémních energií nekončí. Harding je přesvědčený že s dalšími daty observatoře HAWC a s vylepšením technologií i algoritmů, které se podílejí na zpracování dat, se dostaneme ještě k vyšším energiím. A pak zjistíme, jestli Einstein funguje i tam.

Video: Francisco Salesa: TeV gamma-ray astronomy with the HAWC Observatory

Video: HAWC Observatory

Literatura

Los Alamos National Laboratory 30. 3. 2020, Physical Review Letters 124: 131101.