Zusammenfassung:
Die internationale KM3NeT-Kollaboration nutzt den ORCA-Neutrinodetektor auf dem Meeresboden des Mittelmeers, um die Lorentz-Invarianz in Einsteins Relativitätstheorie zu testen. Das Forschungsteam analysierte 1,4 Jahre Beobachtungsdaten und untersuchte insgesamt 5.828 atmosphärische Neutrino-Kandidatenereignisse; Die Ergebnisse ergaben keine Anzeichen einer Störung dieser Grundsymmetrie, setzten jedoch neue experimentelle Grenzen für mehrere mögliche Abweichungen.
Lorentz-Invarianz ist eine wichtige Grundlage des Standardmodells der Teilchenphysik und der Allgemeinen Relativitätstheorie. Das bedeutet, dass sich die Gesetze der Physik nicht ändern, wenn sich ein Beobachter mit einer anderen konstanten Geschwindigkeit oder in eine andere Richtung bewegt. Einige Quantengravitationstheorien gehen davon aus, dass Raum und Zeit auf extrem kleinen Maßstäben möglicherweise nicht kontinuierlich sind und es zu geringfügigen Abweichungen kommen kann. Die genaue Messung des Verhaltens von Neutrinos ist eine Möglichkeit, Hinweise auf diese neue Physik zu finden.
Neutrinos interagieren selten mit Materie und können die Erde fast spurlos passieren; Sie schwanken während ihrer Ausbreitung auch zwischen verschiedenen „Geschmacksrichtungen“. Die Forscher verglichen die beobachtete Neutrinoenergie, Ankunftsrichtung und Oszillation mit theoretischen Erwartungen, um nach Anomalien zu suchen, die durch die Verletzung der Lorentz-Invarianz verursacht werden könnten. Der diesmal verwendete ORCA-Detektor hatte nur sechs Detektionseinheiten im Einsatz und war noch teilweise fertiggestellt.
Die Analyse ergab keine Hinweise auf die Zerstörung der Lorentz-Invarianz, lieferte jedoch Wettbewerbsbeschränkungen für die spezifischen Effekte, die die Schwingungen von Myon-Neutrinos und Tauon-Neutrinos beeinflussen können. Die Studie grenzte zum ersten Mal auch direkt die Unterschiede in den Diagonalkoeffizienten mehrerer Geschmacksrichtungen im Myon- und Tauon-Neutrinosektor ein. Das Forschungsteam gab an, dass die Ergebnisse trotz des begrenzten Datenvolumens und der begrenzten Detektorskala mit den länger laufenden IceCube- und Super-Kamiokande-Experimenten vergleichbar seien.
Da ORCA expandiert und mehr Daten sammelt, hofft das Team, die Messgenauigkeit weiter zu verbessern; Ein weiterer Satz von KM3NeT/ARCA-Detektoren für höherenergetische Neutrinos soll zur Untersuchung von Neutrinos von entfernten Himmelskörpern eingesetzt werden. Einige Theorien sagen voraus, dass Abweichungen von der Lorentz-Invarianz mit zunehmender Teilchenenergie oder zunehmender Ausbreitungsentfernung ausgeprägter werden, aber die derzeit von ARCA aufgezeichneten astrophysikalischen Neutrinoereignisse reichen nicht aus, um eine solche Analyse durchzuführen.
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