Международная коллаборация KM3NeT проверила один из ключевых принципов теории относительности Эйнштейна с помощью нейтринного телескопа KM3NeT/ORCA, установленного в Средиземном море. Учёные проанализировали 5828 предполагаемых событий с атмосферными нейтрино. Признаков нарушения лоренц-инвариантности обнаружить не удалось, однако исследователи смогли установить более жёсткие ограничения для ряда теорий новой физики.
Лоренц-инвариантность означает, что фундаментальные законы природы должны оставаться неизменными для наблюдателей, движущихся с разными постоянными скоростями или находящихся в разных направлениях. Некоторые модели квантовой гравитации допускают, что на сверхмалых масштабах это правило может выполняться не полностью. В частности, пространство-время может иметь дискретную структуру, состоящую из чрезвычайно малых отдельных элементов.
Нейтрино подходят для подобных проверок благодаря слабому взаимодействию с веществом. Огромное количество этих частиц проходит сквозь Землю, почти не меняя траекторию и не оставляя следов. Кроме того, во время движения нейтрино способны переходить между разными типами, а отклонения в таких превращениях могут указывать на неизвестные физические эффекты.
Для исследования использовали данные, собранные за 1,4 года работы KM3NeT/ORCA. В тот период установка включала только шесть детекторных блоков, а специалисты сопоставили измеренные энергии и направления прихода нейтрино с расчётами теоретических моделей. Анализ был посвящён возможным нарушениям, связанным в том числе с переходами между мюонными и тау-нейтрино.
Полученные ограничения оказались сопоставимыми с результатами крупных экспериментов IceCube и Super-Kamiokande, несмотря на значительно меньший объём накопленных данных. По словам авторов, исследование продемонстрировало способность KM3NeT/ORCA проверять фундаментальные принципы физики уже на раннем этапе работы. SciTechDaily сообщает, что дальнейшее расширение установки позволит искать ещё более слабые отклонения от предсказаний теории относительности.
Учёные также рассчитывают использовать детектор KM3NeT/ARCA, предназначенный для изучения нейтрино значительно более высоких энергий, прибывающих из далёких космических источников. Некоторые предполагаемые нарушения лоренц-инвариантности могут проявляться сильнее при увеличении энергии частиц и пройденного ими расстояния. Однако для проведения такого анализа пока недостаточно зарегистрированных нейтрино астрофизического происхождения.