Krebs-Nebel setzt der Quantengravitation Schranken
Von hochenergetischen Elektronen ausgesandte Synchrotronstrahlung verletzt nicht die Spezielle Relativitätstheorie
Seit einigen Jahrzehnten arbeiten Physiker an der Quantengravitation – der Theorie, die versucht, Relativitätstheorie und Quantenmechanik miteinander in Einklang zu bringen. Theodore Jacobson und seine Kollegen von der Universität von Maryland haben jetzt gezeigt, dass die Daten der vom Krebs-Nebel ausgesandten Synchrotronstrahlung nicht der Speziellen Relativitätstheorie widersprechen, wie es einige Varianten der Quantengravitation fordern. Die Physiker präsentieren ihre Berechnungen im Fachmagazin Nature (Bd. 424, S. 1019).
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Ein wesentlicher Bestandteil von Einsteins Spezieller Relativitätstheorie ist die so genannte Lorentzinvarianz. Sie besagt, dass alle Bezugssysteme, die sich mit konstanter Geschwindigkeit oder gar nicht bewegen, physikalisch gleichberechtigt sind. Beispielsweise messen alle Beobachter, die sich in diesen Systemen aufhalten, den gleichen Wert für die Lichtgeschwindigkeit.
Einige Varianten der Quantengravitationstheorien, die so genannten effektiven lokalen Feldtheorien, haben aber vorhergesagt, dass diese Lorentzinvarianz unter bestimmten extremen Bedingungen verletzt sein sollte. Die Physiker aus Maryland haben nun berechnet, dass sich diese Verletzung – wenn es sie wirklich gibt – in der vom Krebs-Nebel ausgesandten Synchrotronstrahlung zeigen müsste.
Synchrotronstrahlung entsteht, wenn sich elektrisch geladene Teilchen im Kreis bewegen. Im Krebs-Nebel zwingt ein Magnetfeld mit einer Stärke von 0,6 Tausendstel Gauß Elektronen auf eine Kreisbahn. Diese geben dabei eine Synchrotronstrahlung von 100 Millionen Elektronenvolt ab. Um eine Strahlung mit dieser Energie abstrahlen zu können, müssen die Elektronen selbst eine Energie von 1.500 Billionen Elektronenvolt besitzen – was wiederum bedeutet, dass ihre Geschwindigkeit nicht mehr als 0,01 Billiardstel Prozent unterhalb der Lichtgeschwindigkeit liegen darf. Gemäß der von den effektiven Feldtheorien vorhergesagten Verletzung der Lorentzinvarianz dürften die Elektronen diese Geschwindigkeit aber gar nicht erreichen.
Sean Carroll von der Universität von Chicago hält den Versuch, die Quantengravitation durch den Nachweis einer Verletzung der Lorentzinvarianz beweisen zu wollen, von vornherein für "optimistisch". Denn die effektiven Feldtheorien stellen nur einen Versuch dar, sich der noch nicht gefundenen Quantengravitationstheorie anzunähern. "Es ist bestimmt plausibel, dass solche Verletzungen in der wirklichen Theorie gar nicht vorhanden sind", schreibt Carroll in Nature. "Aber Optimismus ist notwendig, wenn wir auf diesem Gebiet Fortschritte machen wollen."
Axel Tillemans
