Op 12 juli 2018 kondigden wetenschappers van de IceCube Neutrino Observatory de ontdekking van hoogenergetische neutrino's aan. Deze ontdekking bevestigde opnieuw de juistheid van de beroemdste natuurkundige van de twintigste eeuw.
Zelfs mysterieuze spookachtige deeltjes, die nauwelijks in wisselwerking staan met gewone materie, volgen de algemene relativiteitstheorie en bevestigen nogmaals de juistheid van Einstein. Tot op heden leveren deze hoogenergetische subatomaire deeltjes het beste bewijs voor het Lorentz-principe.
Het Lorentz-principe is de hoeksteen van Einsteins relativiteitstheorie, die stelt dat alle objecten de wetten van de fysica volgen zolang ze met een constante snelheid bewegen. Volgens een aspect van de relativiteitstheorie nemen alle objecten dezelfde lichtsnelheid waar, zelfs als ze zelf met verschillende snelheden bewegen. Een astronaut die met een snelheid van een miljoen kilometer per uur beweegt, zal dezelfde lichtsnelheid waarnemen als een slak die over een pad in een dorp kruipt. Ze zullen licht observeren dat beweegt met een snelheid van 299.792 kilometer per seconde.
Wetenschappers zijn echter niet gestopt met het testen van Einsteins relativiteitstheorie sinds 1905, sinds hij deze voor het eerst publiceerde. In de jaren vijftig, toen neutrino's werden ontdekt, vroegen sommige experts zich af of niet-geladen deeltjes het Lorentz-principe gehoorzamen. De onderzoekers vroegen zich af of een mysterieuze kracht genaamd Lorentz-overtreding ervoor zou kunnen zorgen dat deze objecten hun gedrag veranderen, wat de theorieën van Einstein weerlegt.
De verhouding van de kansen op de overgang van verticale neutrino's naar horizontaal in het IceCube / The IceCube Collaboration observatorium.
In een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics, hebben wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge en de IceCube Collaboration op Amundsen-Scott Station op de Zuidpool ontdekt dat zelfs neutrino's de relativiteitstheorie gehoorzamen.
Na analyse van de gegevens die gedurende twee jaar waren verzameld door de IceCube-neutrinodetector, met een gewicht van één gigaton, concludeerden de onderzoekers dat er geen anomalieën werden gevonden die erop wijzen dat neutrino's de wetten van Einstein negeren.
"We zochten naar Lorentz-overtredende afwijkingen, maar we konden het niet vinden", zegt hoofdauteur, hoogleraar natuurkunde aan het MIT. "Hiermee is het boek over de mogelijkheid van Lorentz-overtreding voor een aantal hoogenergetische neutrino's voor een zeer lange tijd afgesloten."
Promotie video:
Door het Lorentz-principe te volgen, kunnen onderzoekers voorspellen in welke mate neutrino's van een bepaalde massa zullen oscilleren. Dit betekent dat een neutrino bepaalde afstanden moet afleggen voordat het een muon wordt. Elke afwijking van dit principe zou voldoende zijn om Einsteins relativiteitstheorie om te buigen, althans op neutrinoniveau.
Zowel deze studie als de resultaten ervan werden echter uitstekende ontdekkingen in de wetenschappelijke wereld, aangezien onderzoekers voor het eerst de kans kregen om hoogenergetische neutrino's op aarde te bestuderen. En als de Lorentz-overtreding plaatsvond, zou deze heel gemakkelijk bij zulke hoge energieën worden gedetecteerd.
"We waren in staat om de grenzen van dit hypothetische veld te definiëren, die veel, veel nauwkeuriger zijn dan alle voorgaande", zegt Konrad.
Vladimir Mirny
