Νετρίνα από τη Μεσόγειο επιβεβαιώνουν τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν

Τα νετρίνα που εντοπίστηκαν στα βάθη της Μεσογείου ενισχύουν τη θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, καθώς οι επιστήμονες δεν βρήκαν ενδείξεις παραβίασης της αναλλοιότητας Λόρεντς, μιας από τις θεμελιώδεις αρχές της σύγχρονης φυσικής.

Η διεθνής ερευνητική ομάδα ανέλυσε 5.828 υποψήφια συμβάντα ατμοσφαιρικών νετρίνων, τα οποία καταγράφηκαν από το υποθαλάσσιο τηλεσκόπιο KM3NeT/ORCA.

Τα αποτελέσματα δεν έδειξαν αποκλίσεις από τις προβλέψεις της καθιερωμένης φυσικής, θέτοντας παράλληλα νέα όρια σε πιθανές επιδράσεις που θα μπορούσαν να υποδηλώνουν διαφορετική συμπεριφορά του χωροχρόνου.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) και μεταξύ των συγγραφέων της βρίσκονται η Άλμπα Ντόμι και ο Λούκας Χένιγκ από το Κέντρο Αστροφυσικής Σωματιδίων του Έρλανγκεν στη Γερμανία.

Η αναλλοιότητα Λόρεντς αποτελεί θεμελιώδη αρχή της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας και προβλέπει ότι οι νόμοι της φυσικής έχουν την ίδια μορφή για παρατηρητές που κινούνται με σταθερή ταχύτητα ο ένας σε σχέση με τον άλλο.

Ορισμένες θεωρίες κβαντικής βαρύτητας, ωστόσο, αφήνουν ανοιχτό το ενδεχόμενο η συγκεκριμένη συμμετρία να μην ισχύει απόλυτα σε ακραίες συνθήκες. Οι θεωρίες αυτές επιχειρούν να συνδυάσουν τη γενική σχετικότητα με την κβαντική μηχανική, δύο θεωρητικά πλαίσια που περιγράφουν διαφορετικές πλευρές της φύσης.

«Δεν γνωρίζουμε ακόμη αν ο χωροχρόνος είναι συνεχής ή διακριτός», εξήγησε η Ντόμι, επισημαίνοντας ότι η αναζήτηση πιθανών παραβιάσεων της αναλλοιότητας Λόρεντς αποτελεί έναν τρόπο διερεύνησης αυτού του ερωτήματος.

Γιατί οι επιστήμονες μελετούν τα νετρίνα

Τα νετρίνα είναι στοιχειώδη σωματίδια με εξαιρετικά μικρή μάζα, τα οποία αλληλεπιδρούν ελάχιστα με την ύλη. Μπορούν να διασχίσουν ολόκληρη τη Γη χωρίς να συγκρουστούν με κάποιο άλλο σωματίδιο, γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα χρήσιμα για τη μελέτη θεμελιωδών νόμων της φυσικής.

Επιπλέον, κατά τη διαδρομή τους μπορούν να αλλάζουν τύπο, μέσα από ένα φαινόμενο που είναι γνωστό ως ταλάντωση νετρίνων. Αυτή η ιδιότητά τους επιτρέπει στους ερευνητές να εξετάζουν εάν η συμπεριφορά τους συμφωνεί με τις θεωρητικές προβλέψεις.

Για την έρευνα χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από 1,4 χρόνια παρατηρήσεων του ανιχνευτή ORCA, ο οποίος βρίσκεται σε βάθος περίπου 2.450 μέτρων κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, ανοιχτά της Τουλόν στη Γαλλία.

Οι επιστήμονες αξιοποίησαν τους πρώτους έξι ανιχνευτές του συστήματος και συνέκριναν την ενέργεια των νετρίνων, καθώς και τις κατευθύνσεις από τις οποίες έφταναν, με τις προβλέψεις των θεωρητικών μοντέλων.

Τι έδειξαν οι μετρήσεις

Παρότι δεν προέκυψαν ενδείξεις παραβίασης της αναλλοιότητας Λόρεντς, η ανάλυση πέτυχε κάτι επιπλέον: κατέγραψε για πρώτη φορά άμεσα πειραματικά όρια σε ορισμένες πιθανές επιδράσεις που συνδέονται με τις ταλαντώσεις μεταξύ νετρίνων μιονίου και ταυ.

Οι επιδόσεις του πειράματος ήταν ανταγωνιστικές σε σχέση με εκείνες άλλων μεγάλων ερευνητικών εγκαταστάσεων, όπως τα IceCube και Super-Kamiokande, παρά το γεγονός ότι το ORCA δεν είχε ακόμη ολοκληρωθεί και λειτουργούσε με μέρος των προβλεπόμενων ανιχνευτών του.

Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η συγκέντρωση περισσότερων δεδομένων και η επέκταση της εγκατάστασης θα επιτρέψουν την αναζήτηση ακόμη ασθενέστερων επιδράσεων. Όπως δήλωσε ο Χένιγκ, η αύξηση των παρατηρήσεων θα μπορούσε να αποκαλύψει φαινόμενα που δεν είναι ακόμη δυνατό να εντοπιστούν.

Στο μέλλον, σημαντικό ρόλο αναμένεται να παίξει και το KM3NeT/ARCA, ένα δεύτερο υποθαλάσσιο τηλεσκόπιο της ίδιας ερευνητικής υποδομής, το οποίο βρίσκεται σε βάθος περίπου 3.500 μέτρων, ανοιχτά της Σικελίας, και έχει σχεδιαστεί για την ανίχνευση κοσμικών νετρίνων πολύ υψηλής ενέργειας.