Вселенная огромна, однако она не является абсолютно безвоздушной. В большинстве ее областей можно обнаружить либо космическую пыль, либо элементарные частицы, движущиеся в различных направлениях. При этом чем выше энергия этих частиц, тем меньшее расстояние им необходимо преодолеть, чтобы сохранить эту энергию.

В октябре две тысячи двадцать второго года на Земле зарегистрировали всплеск гамма-излучения, который оказался самым интенсивным из когда-либо зафиксированных. GRB 221009A. Этот феномен доставил до земных детекторов фотоны, возникшие в результате взрыва, расположенного приблизительно в двух миллиардах световых лет от нашей планеты.

В этом потоке данных находились ученые, использующие детектор Carpet Баксанской обсерватории, был обнаружен уникальный фотон, обладающий энергией приблизительно 300 тераэлектронвольт. Этот показатель является наивысшим из зарегистрированных для фотонов гамма-всплеска. Согласно существующим физическим представлениям, достижение Земли подобного фотона представляется маловероятным.

В процессе своего межзвездного перемещения фотон должен был столкнуться со слабым реликтовым излучением, оставшимся от Большого взрыва и пронизывающим всю Вселенную. Преобразования и взаимодействия частиц делали достижение Земли практически невозможным событием.

Специалисты выдвинули несколько версий относительно факторов, которые могли способствовать выживанию фотона в ходе его путешествия. Среди возможных объяснений – участие аксионоподобных частиц (АПЧ), представляющих собой чрезвычайно легкие гипотетические частицы. Предполагается, что фотон мог временно превратиться трансформироваться в такую частицу и затем вновь обрести свою первоначальную форму вблизи Млечного пути. Тем не менее, данная модель оказалась применимой лишь к фотонам с энергией порядка нескольких десятков тераэлектронвольт, что оказалось недостаточным.

Ученые-астрофизики представили альтернативное толкование произошедших событий. В основе их подхода лежит сочетаетмодель, включающая в себя аномальную плазменную конфигурацию (АПЧ) с отклонением от лоренцевской инвариантности – одного из ключевых принципов специальной теории относительности Альберта Эйнштейна

В ряде теорий квантовой гравитации предполагается, что при экстремально высоких уровнях энергии фотон может уклоняться от взаимодействий, которые в рамках общепринятой Стандартной модели привели бы к его аннигиляции во время распространения. Согласно предложенному исследователями сценарию, такие фотоны обладают возможностью использования «быстрой траектории» для перемещения.

В своей работе авторы исследования акцентировали внимание на том, что их модель не предполагает пересмотра общих законов физики, а фокусируется на выявлении специфических эффектов, которые невозможно зафиксировать при более низких энергетических уровнях.

Предложенная модель не просто описывает механизм доставки фотона к Земле, но и позволяет прогнозировать новые явления. Согласно проведенным вычислениям, фотон с энергией в 300 тераэлектронвольт должен был бы достигнуть планеты приблизительно на один час позже по сравнению с частицами, обладающими меньшей энергией. Этот феномен зафиксировали ученые подтвердили опираясь на данные, полученные китайской Большой высотной обсерваторией атмосферных ливней ( LHAASO) в тот же день.

Научная работа принята к публикации в журнале Physical Review Letters.