دستاورد بزرگ محققان ژاپنی برای تکمیل نظریه فیزیک ذرات

محققان دانشگاه اوزاکا بخشی مهم از تئوری نسبیت خاص انیشتین را به شکل تجربی نشان داده اند که می تواند به بهبود تحقیقات در زمینه تابش و فیزیک ذرات کمک کند.

به گزارش تکناک، بیش از یک قرن پیش، یکی از مشهورترین فیزیکدانان مدرن، آلبرت انیشتین، تئوری پیشگامانه نسبیت خاص را ارائه کرد. بیشتر همه چیزهایی که در مورد جهان می دانیم بر اساس این نظریه است، با این حال، بخشی از آن تاکنون به صورت تجربی نشان داده نشده است.

دانشمندان مؤسسه مهندسی لیزر دانشگاه اوزاکا برای اولین بار برای تصویرسازی انقباض میدان الکتریکی اطراف یک پرتو الکترونی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می کند از اندازه گیری های الکترواپتیک فوق سریع استفاده کردند و این فرایند را شرح دادند.

طبق نظریه نسبیت خاص انیشتین، برای توصیف دقیق حرکت اجسامی که با سرعت نزدیک به سرعت نور از مقابل یک مشاهده گر عبور می کنند، باید از “تبدیل لورنتس” استفاده کرد که مختصات فضا و زمان را ترکیب می کند.

او توانست توضیح دهد که چگونه این تبدیل ها به معادلات خودسازگار برای میدان های الکتریکی و مغناطیسی منجر می شوند.

در حالی که اثرات مختلف نسبیت به کرات با درجه بالایی از دقت تجربی ثابت شده است، هنوز بخش‌هایی از نسبیت وجود دارد که در آزمایش‌ها آشکار نشده است. از قضا، یکی از اینها انقباض میدان الکتریکی است که به عنوان یک پدیده نسبیت خاص در الکترومغناطیس نشان داده می شود.

اکنون تیم تحقیقاتی دانشگاه اوزاکا برای اولین بار این اثر را به صورت تجربی نشان داده است. آنها این کار را با اندازه گیری مشخصات میدان کولن در فضا و زمان اطراف یک پرتو الکترونی پرانرژی که توسط یک شتاب دهنده ذرات خطی تولید شده بود، انجام دادند. با استفاده از نمونه برداری الکترواپتیک فوق سریع، آنها توانستند میدان الکتریکی را با وضوح زمانی بسیار بالا ثبت کنند.

گزارش شده است که تبدیل‌های لورنتس زمان و مکان و همچنین تغییرات انرژی و تکانه به ترتیب با آزمایش‌های اتساع زمان و آزمایش‌های باقی مانده انرژی جرمی نشان داده شده‌اند. در اینجا، این تیم تحقیقاتی یک اثر نسبیتی مشابه به نام انقباض میدان الکتریکی، که مربوط به تبدیل پتانسیل های الکترومغناطیسی لورنتس است را مورد توجه قرار داد.

پروفسور ماکوتو ناکاجیما، رهبر پروژه می‌گوید: ما انقباض یک میدان الکتریکی در اطراف یک پرتو الکترونی که نزدیک به سرعت نور منتشر می‌شد را به تصویر کشیدیم. علاوه بر این، این تیم فرآیند انقباض میدان الکتریکی را بلافاصله پس از اینکه پرتو الکترونی از یک مرز فلزی عبور کرد مشاهده کردند.

گفته می‌شود هنگام توسعه نظریه نسبیت، انیشتین از آزمایش‌های فکری استفاده کرده تا تصور کند سوار شدن بر موج نور چگونه است. پروفسور ناکاجیما می‌گوید: در مورد نشان دادن اثر نسبیتی میدان‌های الکتریکی 100 سال پس از پیش‌بینی اینشتین، چیزی شاعرانه وجود دارد. میدان های الکتریکی یک عنصر حیاتی در شکل گیری نظریه نسبیت در ابتدای کار بودند.

مشاهدات این تحقیق، با پیش‌بینی‌های اینشتین در مورد نسبیت خاص در الکترومغناطیس مطابقت دارد و می‌تواند به عنوان بستری برای اندازه‌گیری پرتوهای ذرات پرانرژی و آزمایش‌های دیگر در فیزیک با انرژی بالا به کار رود.