<pre>Los físicos han probado la velocidad de la luz con las energías más altas hasta el momento

Los físicos han llevado a cabo la prueba de más alta de energía de la velocidad de la luz hasta la fecha, y descubrieron que todavía es constante, en todas partes del Universo, incluso en los rayos gamma emitidos por las fuentes. Como la explosión de estrellas.

Esto significa que, incluso con las energías más altas que podemos detectar, uno de los pilares de la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein aún se mantiene firme.

“El comportamiento de la relatividad a muy altas energías tiene consecuencias reales para el mundo que nos rodea. La mayoría de los modelos de gravedad cuántica dicen que el comportamiento de la relatividad se descompondrá a energías muy altas. Nuestra observación de tales fotones de alta energía aumenta la escala de energía donde la relatividad se mantiene en más de un factor de cien”.

Dijo el astrofísico Pat Harding del Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México.

La Invarianza de Lorentz es un principio fundamental de la relatividad especial. Expresa que, sin importar dónde se encuentre en el Universo, las leyes de la física, incluida la velocidad de la luz, siguen siendo las mismas.

Sin embargo, existen teorías que sugieren que la invariancia de Lorentz podría ser violada a muy altas energías.

Si esto sucediera, necesitaríamos nuevas leyes de la física para explicarlo. Pero también podemos detectarlo.

Si la invariancia de Lorentz se rompe a altas energías, entonces los fenómenos de alta energía deberían mostrar un comportamiento inesperado inconsistente con la relatividad; la luz, por ejemplo, podría viajar a diferentes velocidades.

Aquí es donde entran los rayos gamma. Son la longitud de onda más corta, el tipo de luz de mayor energía en el espectro electromagnético, producido por la desintegración radiactiva de los núcleos atómicos.

Emiten desde supernovas, estrellas de neutrones, erupciones estelares y las regiones alrededor agujeros negros – fenómenos espaciales muy extremos, en otras palabras.

Si los rayos gamma se aceleraran bajo la violación de la invariancia de Lorentz, los fotones de rayos gamma se descompondrían en partículas de menor energía antes de llegar a la Tierra.

Esas partículas de baja energía pueden o no llegar aquí, pero ya no serían rayos gamma.

Ahora, necesitamos discutir el Observatorio de agua de alta altitud Cherenkov (HAWC). Es el detector de rayos gamma de mayor altitud que existe, diseñado para detectar los rayos gamma de mayor energía, de 100 mil millones a 100 billones de electronvoltios (100 gigaelectronvoltios, o GeV, a 100 teraelectronvoltios, o TeV).

Eso es aproximadamente de 100 mil millones a 100 billones de veces la energía de la luz visible; si pudiéramos verla, sería cegadora.

El Observatorio HAWC es un detector Cherenkov. Consiste en una serie de tanques llenos de agua, con tubos fotomultiplicadores que pueden detectar la luz. Cuando un rayo gamma golpea la atmósfera superior, pierde energía debido a las interacciones con las moléculas atmosféricas, creando una lluvia en cascada de partículas a la velocidad de la luz.

Son estas partículas que el Observatorio HAWC está diseñado para detectar. Cuando ingresan al agua a altas velocidades, viajan (brevemente) más rápido de lo que la luz puede viajar a través del agua, ya que el agua reduce la velocidad de la luz solo un poco.

Esto produce un ‘boom luminal’, el equivalente de luz de un boom sónico, que produce un brillo ultravioleta. Ese resplandor se llama Radiación de Cherenkov, y es lo que captan los tubos fotomultiplicadores.

A mayor energía de los rayos gamma, más partículas en la lluvia resultante. Así es como los físicos pueden distinguir entre las energías de rayos gamma.

Con este método, el Observatorio HAWC ha detectado recientemente una serie de rayos gamma con energías superiores a 100 TeV. Ese hecho por sí solo impone restricciones a la violación de la invariancia de Lorentz: significa que los fotones no viajaban más rápido que la velocidad de la luz en el vacío.

De hecho, ninguno de ellos mostró signos de la descomposición de los fotones asociada con la invariancia de frenado de Lorentz.

Eso no significa que la invariancia de Lorentz no pueda romperse a energías aún más altas, pero sí significa que no se ha roto dentro de nuestros límites detectables. Y eso es realmente genial.

“Las detecciones de rayos gamma de energía incluso mayor desde distancias astronómicas permitirán (controles) más estrictos sobre la relatividad. A medida que HAWC continúe tomando más datos en los próximos años e incorporando mejoras dirigidas por Los Alamos a las técnicas de detección y análisis a las energías más altas, podremos estudiar esta física aún más”.

Dijo Harding.

La investigación ha sido publicada en Cartas de revisión física.

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