Gleich Wieder Einstein: Spezielle Relativitätstheorie Funktioniert Auch In Gespenstischen Energiereichen Neutrinos

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Neue forschungsergebnisse der icecube neutrino collaboration haben gezeigt, dass sogar einstein unbekannte subatomare teilchen an seine spezielle relativitätstheorie anknüpfen.

Wissenschaftler haben erneut gezeigt, dass Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie richtig ist - diesmal dank eines Teilchendetektors, der tief unter der Antarktis verborgen ist.

Wissenschaftler des IceCube-Neutrino-Observatoriums (1 Gigatonnen) untersuchten subatomare Partikel, die als Neutrinos bezeichnet wurden: schwer fassbare, ladungslose subatomare Partikel, die so klein wie Elektronen sind. Die Forscher fragten sich, ob diese winzigen, hochenergetischen Teilchen von dem durch die Theorie der speziellen Relativitätstheorie vorhergesagten Verhalten abweichen würden. Im Einzelnen testeten sie die Lorentz-Symmetrie - das Prinzip, dass die Gesetze der Physik die gleichen sind, egal ob Sie ein Astronaut sind, der mit einer Million Meilen pro Stunde durch den Weltraum zoomt oder eine Schnecke, die mit einem winzigen Bruchteil dieser Geschwindigkeit auf der Erde vorbeizieht. [8 Möglichkeiten, wie Sie Einsteins Relativitätstheorie im wirklichen Leben sehen können]

Neutrinos sind überall, reisen aber alleine durch das Universum und interagieren selten mit anderen Materialien. Während Neutrinos durch das Weltall fliegen, schwanken sie zwischen den drei verschiedenen Zuständen, die Physiker Aromen nennen: Elektron, Myon und Tau. Wenn Neutrinos mit dem Eis unter dem Observatorium interagieren, verwandeln sie sich in Myonen, die geladen werden und dann vom Detektor identifiziert werden können.

Wenn das Prinzip der Lorentz-Symmetrie gilt, sollte ein Neutrino einer gegebenen Masse mit einer vorhersagbaren Geschwindigkeit oszillieren. Das heißt, ein Neutrino sollte eine bestimmte Strecke zurücklegen, bevor es sich in ein Myon verwandelt. Jede Abweichung dieser Rate könnte ein Zeichen dafür sein, dass unser Universum nicht so funktioniert, wie Einstein es vorhergesagt hat.

Dies bedeutet, dass Neutrinos "empfindliche Sonden für die Betrachtung von Raum-Zeit-Effekten" wie Lorentz-Verletzung sind, sagte der Hauptautor Carlos Argüelles, ein Teilchenphysiker am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

"Theorien können zusammenbrechen, oder sie können neue Auswirkungen haben, wenn Sie in neuen Gebieten suchen", sagte Argüelles gegenüber WordsSideKick.com.

Wissenschaftler haben in zahlreichen Fällen nach Beweisen für eine Lorentz-Verletzung gesucht, von Photonen bis hin zur Schwerkraft, sind jedoch immer mit leeren Händen aufgetaucht. Mit Neutrinos, so Argüelles, könnten Wissenschaftler "dieses neue Hochenergie-Regime erforschen, das bisher unerforscht war".

Argüelles und seine Kollegen überprüften die vom IceCube-Observatorium gesammelten Neutrino-Daten für zwei Jahre. Ihre Suche ergab keine Anzeichen für eine Verletzung von Lorentz im Bereich hochenergetischer Neutrinos. "Damit ist das Buch über die Möglichkeit einer Lorentz-Verletzung für eine Reihe von hochenergetischen Neutrinos für eine sehr lange Zeit geschlossen", sagte die Mitautorin der Studie, Janet Conrad, Physikerin am MIT, in einer Erklärung. [Einstein-Quiz: Testen Sie Ihr Wissen über das Physikgenie]

Dieses Ergebnis erlaubte den Forschern zu berechnen, dass alles, was mit Neutrinos bei einem Energieniveau von mehr als 10, das auf ein minus 36 Gigaelektronenvolt (GeV) -Quadrat angehoben wird, mit Neutrinos interagiert, den normalen Regeln für Neutrinooszillationen zu gehorchen scheint, was bedeutet, dass die Lorentz-Symmetrie weiterhin wie erwartet funktioniert. Kurz gesagt, interagieren unendlich kleine Neutrinos mit Materie bei einem Energieniveau von etwa 10, das auf das minus 5 GeV-Quadrat angehoben wird, das immer noch unglaublich schwach ist, aber 10 Millionen Mal größer ist als diese neue Grenze.

"Wir konnten die bisher strengste Grenze dafür festlegen, wie stark Neutrinos von einem Lorentz-verletzenden Feld beeinflusst werden können", sagte Conrad.

Neutrinos war noch nicht entdeckt worden, als Einstein starb, aber seine Theorie sagt immer noch deren Verhalten voraus, "was erstaunlich ist", sagte Argüelles. "Bislang haben wir keine Anhaltspunkte dafür gefunden, dass Einsteins Theorie der Raum-Zeit-Relativitätstheorie ein Problem hat", sagte er.

Nichtsdestotrotz planen Argüelles und seine Kollegen weiter nach Phänomenen höherer Energie für Fälle von Lorentz-Verstößen zu suchen. "Wenn Sie neue Bedingungen erkunden, werden Sie möglicherweise Dinge finden, die nicht wichtig waren, jetzt wichtig", sagte er.

Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse heute (16. Juli) in der Fachzeitschrift Nature Physics.

Originalartikel zu WordsSideKick.com.


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