دراسة جديدة لأشعة جاما تدفع الفيزياء إلى أقصى حدودها

لقد أثبت الفيزيائيون بشكل غير مسبوق دقة أن سرعة الضوء تبقى ثابتة.

في عام 1887، أجرى الباحثان الأمريكيان ميشيلسون ومورلي تجربة فيزيائية بارزة. لقد حاولوا اكتشاف حركة الأرض عبر الفضاء من خلال مقارنة سرعة الضوء على طول مسار سفر الأرض مع سرعة الضوء المقاسة بزاوية قائمة على هذا المسار.

وأصبح عدم قدرتهم على إيجاد أي اختلاف أحد أكثر النتائج الفارغة تأثيرًا في العلوم. ساعدت هذه النتيجة في إلهام أينشتاين لاقتراح أن سرعة الضوء ثابتة، مما أدى في النهاية إلى تطويره للنظرية النسبية الخاصة.

وفقًا لهذه النظرية، تظل قوانين الفيزياء متطابقة بالنسبة لجميع المراقبين، بغض النظر عن حركتهم النسبية، وهو مبدأ يُعرف باسم ثبات لورنتز.

مع تقدم الفيزياء، ظهرت نظرية الكم ووضعت ثبات لورنتز في أساس أطرها الرئيسية، وخاصة نظرية المجال الكمي والنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. لقد أصبح النموذج القياسي النظرية العلمية الأكثر صرامة حتى الآن وتم تأكيده بدقة غير عادية.

فلماذا الشك في ثبات لورنتز بعد 115 عامًا من النجاح المتواصل؟

نظرية أينشتاين الأخرى وعدم التوافق العميق

يعود هذا المنطق مرة أخرى إلى ألبرت أينشتاين. هذه المرة، إلى نظريته في النسبية العامة، التي تفسر الجاذبية على أنها تشويه لهندسة الزمكان. لقد اجتازت النسبية العامة أيضًا العديد من الاختبارات الصارمة، وأثبتت دقتها بشكل ملحوظ في مجموعة واسعة من المواقف، بدءًا من المناطق ذات الجاذبية الضعيفة جدًا إلى البيئات ذات مجالات الجاذبية القوية للغاية.

تكمن المشكلة في عدم التوافق الأساسي بين الدوال الموجية الاحتمالية لنظرية المجال الكمي وحركتها عبر الهندسة المنحنية، وفي الوقت نفسه، تعديلاتها على انحناء الزمكان. معظم المحاولات للتوفيق بين النظريتين في إطار مشترك للجاذبية الكمية أدت إلى الحاجة إلى كسر ثبات لورنتز، ولو بشكل طفيف.

وهكذا، فإن سعي ميشيلسون ومورلي يستمر حتى اليوم، بمساعدة التجارب المعملية الحديثة التي يتم إجراؤها باستخدام تكنولوجيا محسنة إلى حد كبير.

اختبارات الفيزياء الفلكية على المسافات القصوى

أحد تنبؤات العديد من نظريات لورنتز-الثبات-انتهاك الجاذبية الكمية هو اعتماد سرعة الضوء على الفوتون طاقة. أي انحراف عن سرعة الضوء الثابتة يجب أن يكون صغيرًا للغاية ليظل متوافقًا مع القيود الحالية، ولكنه قد يصبح قابلاً للاكتشاف عند أعلى طاقات الفوتون، والمعروفة باسم أشعة جاما عالية الطاقة جدًا.

قام فريق من الباحثين بقيادة طالب UAB السابق ميرسي غيريرو وطالب الدكتوراه الحالي في IEC في UAB Anna Campoy-Ordaz، بمشاركة روبرتوس بوتينج من جامعة الغارف وماركوس غوغ، المحاضر في قسم الفيزياء في UAB والمعين أيضًا في IEEC، باختبار ثبات لورنتز بدقة غير مسبوقة بمساعدة الفيزياء الفلكية.

وهذا ممكن لأن الاختلافات الصغيرة في سرعة مجموعة الفوتونات قد تتراكم في تأخيرات وقت الوصول القابلة للقياس إلى الأرض إذا انبعثت الفوتونات في وقت واحد من مصدر يقع على مسافة كبيرة جدًا.
قام الفريق بدمج مجموعة من الحدود الموجودة من القياسات الفيزيائية الفلكية لأشعة غاما ذات الطاقة العالية جدًا باستخدام طريقة إحصائية جديدة لاختبار سلسلة من المعلمات التي تنتهك ثباتية لورنتز، والتي يفضلها حاليًا المنظرون، من امتداد النموذج القياسي (SME).

كان الباحثون يأملون في إثبات خطأ أينشتاين، لكنهم لم ينجحوا، مثل كثيرين آخرين قبلهم. ومع ذلك، فإن الحدود الجديدة تتحسن عن الحدود السابقة بمقدار أمر من حيث الحجم.

في هذه الأثناء، يستمر السعي لاختبار تنبؤات نظريات الجاذبية الكمومية تجريبيًا، مع وجود أدوات الجيل التالي قاب قوسين أو أدنى – مثل مرصد مصفوفة تلسكوب شيرينكوف – المصممة لتحسين الأداء بشكل كبير في اكتشاف أشعة جاما عالية الطاقة جدًا من مصادر بعيدة.

المرجع: “انتهاك ثبات لورنتز متباين الخواص من قياسات مقياس الطاقة الفعال للجاذبية الكمومية” بقلم ميرسي غيريرو وآنا كامبوي أورداز وروبرتوس بوتينج وماركوس جاوج، 4 نوفمبر 2025، المراجعة البدنية د.
دوى: 10.1103/k3xg-wkrc

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.