4296
Фізики зафіксували надзвичайно енергійний космічний фотон, який, за стандартними уявленнями, не мав би подолати шлях приблизно у два мільярди світлових років і дістатися Землі. Йдеться про частинку з енергією близько 300 тераелектронвольтів, зареєстровану під час спостережень за гамма-сплеском GRB 221009A — одним із найяскравіших подібних вибухів, які коли-небудь бачили астрономи.
Проблема полягає в тому, що міжгалактичний простір не є повністю порожнім. Його пронизує космічне мікрохвильове фонове випромінювання — реліктове післясвітіння Великого вибуху, а також інші фотонні поля. Високоенергетичний гамма-квант під час тривалої подорожі мав би взаємодіяти з цим фоном і втратити енергію або взагалі зникнути внаслідок народження пар частинка-античастинка.
Саме тому реєстрація фотона настільки високої енергії стала серйозною загадкою. За словами авторів нової теоретичної роботи, шанс на те, що звичайний фотон просто випадково пролетів через два мільярди світлових років без критичної взаємодії, надзвичайно малий.
Одне з можливих пояснень пов’язане з гіпотетичними аксіоноподібними частинками. У сильних магнітних полях фотон може тимчасово перетворюватися на таку частинку, яка майже не взаємодіє з фоновим випромінюванням, а потім знову переходити у фотон уже ближче до Землі.
Однак для енергії 300 ТеВ однієї лише цієї гіпотези виявилося недостатньо. Тому італійські фізики поєднали її з ідеєю можливого порушення лоренц-інваріантності — фундаментального принципу спеціальної теорії відносності, який передбачає однаковість законів фізики для всіх інерціальних спостерігачів.
У деяких моделях квантової гравітації на надзвичайно високих енергіях ця симетрія може дуже слабко порушуватися. Теоретично це змінює умови взаємодії частинок і може дозволяти гамма-квантам проходити крізь космічний фон ефективніше, ніж передбачає стандартна фізика.
Додатковою цікавою деталлю стала затримка. Фотон із енергією 300 ТеВ прибув приблизно на годину пізніше за менш енергійне випромінювання з того самого гамма-сплеску. Автори вважають, що це також може узгоджуватися з моделями, у яких поширення частинок трохи залежить від їхньої енергії.
Водночас дослідники дуже обережні у висновках. Йдеться лише про одну надзвичайну подію, а будь-яке твердження про порушення фундаментальних симетрій фізики потребує незалежних спостережень і значно більшої статистики.
Якщо подібні фотони будуть зареєстровані знову, вони можуть стати унікальним інструментом для перевірки фізики за межами Стандартної моделі. Поки ж 300-теравольтний фотон залишається рідкісною підказкою про те, що при екстремальних енергіях Всесвіт може поводитися складніше, ніж описують звичні теорії.
