Свет некоторых самых сильных космических взрывов позволяет ученым исследовать природу пространства-времени. К такому выводу привели последние наблюдения так называемых гамма-вспышек, проведенные на борту космического корабля «Икар», который принадлежит Японскому Агентству Аэрокосмических Исследований (ЯААИ). Фотоны, выделяемые вспышками, помогают определить границы унифицированной (единой) модели всех сил природы – то, что ученые называют «теорией всего».

При помощи Поляриметра Гамма Лучей (ПГЛ), находящегося на борту корабля, команда японских ученых провела самые точные до этого времени измерения потока фотонов, испускаемых энергетическими гамма-вспышками.

«Результат измерений выдвигает на передний план понятие квантовой гравитации, которая должна примирить теорию относительности Эйнштейна и теорию кванта», говорит ученый (университет Осаки).

Квантовая Вселенная

Гамма-вспышки – исключительно сильные взрывы, которые, как полагают ученые, являются результатом гибели и столкновения нейтронных звезд. Тома вместе со всей командой использовали детальные измерения гамма-вспышек для изучения свойств фотонов и определения их поляризации (ориентация электрических полей в зависимости от движения частиц). Электрическое поле поляризованного света колеблется по оси, перпендикулярной направлению, которым движутся фотоны.

«Большинство проектных 3-D систем в кинотеатрах отображают две версии фильма в двух разных видах поляризации – обе под углом в 45 к горизонтальному положению, но перпендикулярно друг к другу. Поэтому, когда вы смотрите фильм сквозь соответственно поляризованные очки, левый глаз видит версию фильма, предназначенную именно для левого глаза, а правый – версию для правого», говорит астрофизик (университет Пенсильвании).

Данные могут иметь значение для теории суперструн, согласно которой все основные частицы являются просто элементами вибрирующей струны. Это – одна из попыток объединить все силы природы и создать теорию всего. Если идея верна, она поможет разрешить противоречие между двумя теориями: теорией относительности Эйнштейна, описывающей очень большие явления, такие как гравитация, и квантовой механикой, которая описывает явления микропорядка.

«Мы все живем в квантовой Вселенной: квантовая механика нужна для описания поведения всех сил и частиц на субатомном уровне», говорит астрофизик. «В конечном счете, мы надеемся развить теорию «квантовой гравитации» данных явлений».

Нарушенная симметрия

Теория суперструн предполагает, что, если бы частицы и античастицы (антиматерия является противоположной стороной вещества) поменялись местами, а время обернулось вспять, мир выглядел бы так же. Если появятся доказательства того, что вещество и антивещество действуют по-другому или имеются нарушения их видимой симметрии, это даст поддержку теории суперструн.

«Если бы появилось доказательство нарушения под влиянием любого физического процесса, даже на самом крохотном уровне, это радикальным образом изменило бы направление текущих теоретических подходов к созданию унифицированной модели всех природных сил», говорит ученый.

Сбор доказательств может оказаться процессом, вызывающим с научной точки зрения, поскольку большинство квантовых структур имеют крохотные размеры. Проводить такие исследования на Земле практически невозможно, что создает необходимость выхода в космическое пространство.

Фотоны, идущие от гамма-вспышек, пока что не показывают признаков нарушения их полярности. Такое нарушение будет указывать на недостаток симметрии в случае, если бы время потекло вспять, а частицы и античастицы поменялись местами.

Изучив три вспышки гамма-излучения с большей точностью, чем до этого, Тома и его команда не обнаружили изменений в поляризации фотонов, предположив, что последовательность симметрии наблюдается как минимум раз на десять миллиардов частиц. Это новый рекорд в том, что касается установления законов, управляющих природой, что, несомненно, повлияет на попытки создания единой теории.

Текст данной научной работы будет опубликован в ближайшем выпуске журнала «Записки физического обозрения».