تکمیل نظریه های اینشتین – پیشرفتی در فیزیک ذرات

محققان دانشگاه اوزاکا انقباض نسبیتی میدان الکتریکی تولید شده توسط ذرات باردار با حرکت سریع را نشان می دهند، همانطور که توسط نظریه انیشتین پیش بینی شده است، که می تواند به بهبود تحقیقات تابش و فیزیک ذرات کمک کند.

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 کیهان می دانیم بر اساس این نظریه است، با این حال، بخشی از آن تاکنون به صورت تجربی اثبات نشده است. دانشمندان مؤسسه مهندسی لیزر دانشگاه اوزاکا برای اولین بار از اندازه گیری های الکترواپتیک فوق سریع برای تجسم انقباض میدان الکتریکی اطراف پرتو الکترونی که با سرعت نزدیک به نور حرکت می کند و نشان دادن فرآیند تولید استفاده کردند

طبق نظریه نسبیت خاص انیشتین، برای توصیف دقیق حرکت اجسامی که با سرعت نزدیک به سرعت نور از ناظر عبور می کنند، باید از «تبدیل لورنتس» استفاده کرد که مختصات مکان 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 بارها با دقت آزمایشی بسیار بالایی اثبات شده است ، هنوز بخش‌هایی از نسبیت وجود دارد که هنوز در آزمایش‌ها آشکار نشده‌اند. از قضا، یکی از آنها 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 نیمرخ میدان کولن در فضا و زمان در اطراف یک پرتو الکترونی پرانرژی تولید شده توسط یک شتاب دهنده ذرات خطی 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 تبدیل لورنتس زمان و مکان و همچنین تغییرات انرژی و تکانه به ترتیب با آزمایش‌های اتساع زمان و آزمایش‌های انرژی جرم استراحت نشان داده شده است. در اینجا، تیم به یک اثر نسبیتی مشابه به نام انقباض میدان الکتریکی، که مربوط به تبدیل پتانسیل های الکترومغناطیسی لورنتس است، نگاه کرد.

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

هنگام توسعه نظریه نسبیت، گفته می‌شود که انیشتین از آزمایش‌های فکری استفاده کرد تا تصور کند سوار شدن بر موج نور چگونه است. پروفسور ناکاجیما می‌گوید: «در مورد نشان دادن اثر نسبیتی میدان‌های الکتریکی بیش از ۱۰۰ سال پس از پیش‌بینی اینشتین، چیزی شاعرانه وجود دارد. میدان های الکتریکی در وهله اول یک عنصر حیاتی در شکل گیری نظریه نسبیت بودند.

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

مرجع: «تجسم فوق سریع یک میدان الکتریکی تحت تبدیل لورنتس» توسط ماساتو اوتا، کویچی کان، سوئیچیرو کومادا، یووی وانگ، ورداد سی. آگولتو، والین کاترین ماگ-وسارا، یاسونوبو آریکاوا، ماکوتو آر آساکاوا، یویچی ساکاوا، تاتسونوسکه ماتسویی و ماکوتو ناکاجیما، ۲۰ اکتبر ۲۰۲۲، فیزیک طبیعت .

منبع:https://scitechdaily.com/completing-einsteins-theories-a-particle-physics-breakthrough/
DOI: 10.1038/s41567-022-01767-w