Kosmische Katastrophe bestätigt Lorentzinvarianz
14.07.2020 - Geschwindigkeit von Gammastrahlen hängt nicht von ihrer Energie ab.
Im vergangenen Jahr registrierten die beiden MAGIC-Teleskope auf La Palma einen Gammablitz, dessen intensive Strahlung alle bisherigen Messungen übertraf. Doch die Beobachtungsdaten hatten noch mehr zu bieten: Mit ihren Auswertungen konnten Wissenschaftler bestätigen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist und nicht von der Energie der Lichtteilchen abhängt. Die Messungen bestätigen damit einmal mehr die Lorentzinvarianz der Allgemeinen Relativitätstheorie.
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Abb.: Die beiden MAGIC-Teleskope am Observatorium Roque de los Muchachos auf der Kanareninsel La Palma. (Bild: G. Ceribella, MAGIC Coll.)
Allerdings gehen Physiker davon aus, dass die ART nicht die grundlegendste Theorie ist: Sie suchen nach einer quantenmechanischen Beschreibung der Gravitation. In einigen Quantengravitations-Theorien ist die Lichtgeschwindigkeit eine energieabhängige Größe. Diese Hypothese verstößt allerdings gegen das Prinzip der unabänderlichen Lichtgeschwindigkeit. Eine solche Verletzung der Lorentzinvarianz müsste sehr klein und damit nur schwer messbar sein.
Eine solche Möglichkeit eröffnen Gammablitze. Diese Gammastrahlungsausbrüche sind exzellente natürliche Laboratorien, um Quantengravitations-Theorien auf ihre Plausibilität hin zu prüfen: Je höher die Energie der Lichtteilchen, umso wahrscheinlicher ist es, dass sich quantengravitative Effekte zeigen und sich die Lichtgeschwindigkeit verändert.
Gammablitze setzen extrem viele Photonen frei, die über Milliarden Jahre unterwegs sind, bevor sie die Erde erreichen. Am 14. Januar 2019 entdeckten die MAGIC-Teleskope einen heftigen Gammastrahlungsausbruch mit Energien im Teraelektronenvolt-Bereich. Die Analyse der Beobachtungsdaten lieferten den Beleg, dass die zeitversetzte Ankunft der Gammastrahlen nicht von ihrer Energie abhing. „Das bedeutet aber nicht, dass das MAGIC-Team mit leeren Händen dasteht“, sagt Giacomo D’Amico vom MPI für Physik. „Wir konnten den möglichen Energiebereich für das Auftreten von Effekten der Quantengravitation weiter einengen.“
Denn anders als frühere Arbeiten konnte das MAGIC-Team erstmals auf Gammablitz-Signale im TeV-Bereich zurückgreifen. Damit setzt die Studie einen Meilenstein für die künftige Forschung und Überprüfung von Einsteins Theorie im 21. Jahrhundert. Oscar Blanch, Sprecher des MAGIC-Forschungsverbund erklärt: „Der beobachtete Gammablitz war relativ nahe an der Erde. Wir hoffen, künftig hellere und entferntere Objekte beobachten zu können, mit denen dann noch empfindlichere Tests der Quantengravitation möglich sind.“
MPP / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
V. A. Acciari et al. (MAGIC Collaboration): Bounds on Lorentz invariance violation from MAGIC observation of GRB 190114C, Phys. Rev. Letters 125, 021301 (2020); DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.021301 - MAGIC am Max-Planck-Institut für Physik, München
- MAGIC – Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope
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