Ένα φωτόνιο ταξίδεψε για πάνω από 2 δισεκατομμύρια έτη φωτός και κατάφερε να φτάσει στη Γη κουβαλώντας την εξωφρενική ενέργεια των 300 TeV. Το εύρημα αυτό έχει αφήσει άφωνους τους επιστήμονες, καθώς σύμφωνα με τους γνωστούς νόμους της Φυσικής, το σωματίδιο αυτό δεν θα έπρεπε να έχει επιβιώσει από ένα τόσο μακρινό ταξίδι.
Η ανίχνευσή του έγινε το 2022, όταν οι αστρονόμοι κατέγραψαν το GRB 221009A, μια πανίσχυρη έκρηξη ακτίνων γάμμα που ονομάστηκε BOAT (Brightest Of All Time). Επρόκειτο για ένα τόσο βίαιο κοσμικό γεγονός, που επηρέασε προσωρινά ακόμα και τα διαστημικά όργανα παρατήρησης.
Πού εντοπίζεται το παράδοξο με το φωτόνιο
Ένα φωτόνιο με τόσο υψηλή ενέργεια θα έπρεπε κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του να αλληλεπιδράσει με την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή το αχνό αποτύπωμα που άφησε η Μεγάλη Έκρηξη στο Σύμπαν. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις θα έπρεπε κανονικά να το είχαν απορροφήσει πολύ πριν φτάσει στον πλανήτη μας. Κι όμως, το φωτόνιο καταγράφηκε από το πείραμα Carpet, δημιουργώντας σοβαρούς πονοκεφάλους στα υπάρχοντα φυσικά μοντέλα.
Για να το καταλάβουμε καλύτερα, μπορούμε να δώσουμε ένα παράδειγμα. Αυτό που συνέβη είναι σαν να έχουμε ρίξει ένα βέλος σε ένα τρομερά πυκνό δάσος, που εκτείνεται σε μια απόσταση δύο δισεκατομμυρίων ετών φωτός και να περιμένουμε να μην χτυπήσει ούτε ένα δέντρο.
Η θεωρία των Axion-like particles και η παραβίαση Lorentz
Προσπαθώντας να εξηγήσουν το φαινόμενο, οι ερευνητές Giorgio Galanti και Marco Roncadelli πρότειναν ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον σενάριο, στη μελέτη τους που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters. Σύμφωνα με το μοντέλο τους, το φωτόνιο θα μπορούσε προσωρινά να μετατρέπεται σε ένα axion-like particle (ALP), ένα υποθετικό και εξαιρετικά ελαφρύ σωματίδιο, και στη συνέχεια να μεταμορφώνεται ξανά σε φωτόνιο, γλιτώνοντας έτσι την απορρόφηση κατά τη διαδρομή.
Η συγκεκριμένη θεωρία συνεπάγεται και μια μικρή παραβίαση στους μετασχηματισμούς Lorentz, οι οποίοι αποτελούν θεμέλιο λίθο της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Einstein. Αυτό σημαίνει ότι σε ακραία επίπεδα ενέργειας, οι νόμοι που περιγράφουν την κίνηση των σωματιδίων ίσως χρειάζονται τροποποιήσεις στο πλαίσιο της κβαντικής βαρύτητας.
Μάλιστα, το μοντέλο προβλέπει ότι το φωτόνιο των 300 TeV θα έπρεπε να φτάσει στη Γη περίπου μία ώρα αργότερα από τα φωτόνια χαμηλότερης ενέργειας, μια χρονική καθυστέρηση που πράγματι παρατηρήθηκε από το κινεζικό παρατηρητήριο LHAASO.
Γιατί ο Einstein παραμένει ακλόνητος
Παρά τις εντυπωσιακές υποθέσεις, η έρευνα σε καμία περίπτωση δεν αποδεικνύει ότι η θεωρία του Einstein είναι λανθασμένη. Τα σωματίδια τύπου axion παραμένουν υποθετικά, ενώ το προτεινόμενο μοντέλο αποτελεί απλώς μία από τις πιθανές ερμηνείες.
Για την επιβεβαίωση της ιδέας απαιτούνται νέες παρατηρήσεις. Αν όμως επαληθευτεί, το Σύμπαν θα μετατραπεί σε ένα φυσικό εργαστήριο για τη μελέτη της κβαντικής βαρύτητας σε ενεργειακά επίπεδα που κανένας επίγειος επιταχυντής δεν μπορεί να φτάσει. Η Θεωρία της Σχετικότητας έχει επιβεβαιωθεί από αμέτρητα πειράματα και παραμένει η βάση της σύγχρονης φυσικής, πράγμα που σημαίνει ότι δεν καταρρίπτεται, αλλά ενδέχεται να ανακαλύψουμε τα οριακά της όρια.
Με τη ματιά του Techmaniacs
Τέτοιες ανακαλύψεις υπενθυμίζουν πόσα λίγα γνωρίζουμε ακόμα για τις ακραίες γωνιές του Σύμπαντος. Το γεγονός ότι ένα μόνο φωτόνιο 300 TeV αμφισβητεί τα όρια της φυσικής μας δείχνει ότι η κβαντική βαρύτητα παραμένει το επόμενο μεγάλο σύνορο της επιστήμης. Ακόμα κι αν η σχετικότητα του Einstein δεν κινδυνεύει, η εύρεση των ορίων της είναι το πρώτο βήμα για μια νέα εποχή στην αστροφυσική.
