Testing Einstein's special relativity with Fermi's short hard gamma-ray burst GRB090510
Authors: Fermi GBM/LAT Collaborations
Abstract: Gamma-ray bursts (GRBs) are the most powerful explosions in the universe and probe physics under extreme conditions. GRBs divide into two classes, of short and long duration, thought to originate from different types of progenitor systems. The physics of their gamma-ray emission is still poorly known, over 40 years after their discovery, but may be probed by their highest-energy photons. Here we report the first detection of high-energy emission from a short GRB with measured redshift, GRB 090510, using the Fermi Gamma-ray Space Telescope. We detect for the first time a GRB prompt spectrum with a significant deviation from the Band function. This can be interpreted as two distinct spectral components, which challenge the prevailing gamma-ray emission mechanism: synchrotron - synchrotron self-Compton. The detection of a 31 GeV photon during the first second sets the highest lower limit on a GRB outflow Lorentz factor, of >1200, suggesting that the outflows powering short GRBs are at least as highly relativistic as those powering long GRBs. Even more importantly, this photon sets limits on a possible linear energy dependence of the propagation speed of photons (Lorentz-invariance violation) requiring for the first time a quantum-gravity mass scale significantly above the Planck mass.
Esto significa que el fotón en cuestión cumple de forma muy exacta h f / c = p, la relación de dispersión impuesta por la relatividad especial basada en la simetría de Lorentz. Existen teorías con espacio-tiempos discretos que predicen desviaciones de esta relación de dispersión a la escala de Planck. Estas teorías deberían empezar a ponerse en duda frente a este resultado. Lubos Motl defiende vehementemente esta posición en su blog y argumenta sobre la refutación experimental de teorías como la gravedad cuántica de lazos o las triangulaciones dinámicas y a su vez la confirmación de la teoría de cuerdas:
8 comentarios:
Motl es un poco corporativista en exceso, la LQG no predice la ruptura de la invariancia Lorentz.
La pregunta es supongo qué se entiende por LQG. En general estoy de acuerdo contigo en que no hay suficiente literatura ni resultados sólidos que muestren que la LQG necesariamente no cumple la simetría de lorentz en la escala de Planck. No obstante, es bien sabido que es conjetura - especialmente formulada y defendida por Lee Smolin - que la DSR (doubly special relativity) debe ser el límite de bajas energías de la LQG. Esto no ha sido probado rigurosamente pero sí hay algunos trabajos sobre ello, por ejemplo hep-th/0306134 y las referencias dentro de él. Y la DSR sí viola la simetría de Lorentz. En ese sentido, aunque Motl probablemente esté exagerando, creo que pone bien el dedo en la llaga de una línea de investigación que muy probablemente esté condenada al fracaso. Muchas gracias por tu comentario y un saludo.
La noticia es, desde luego, muy interesante. Pero lo primero es que todos los datos que llegan de los experimentos de la astrofísica de partículas hay que acogerlos con grandes precauciones. (Pues son demasiadas las incógnitas con respecto a lo que ocurre en las fuentes, durante la propagación, etc.)
Y luego, otra cuestión que habría que aclarar es por qué el resultado que se anuncia en el artículo habría de ser más grave para la LQG que para la teoría de cuerdas. Y es que cuando hace no mucho tiempo se anunció una posible violación de la invariancia de Lorentz a partir de observaciones del blazar Mrk501 los teóricos de cuerdas se apresuraron a "predecir" estas invariancias. Véase por ejemplo:
http://arxiv.org/abs/0903.0318
A mí, me parece, en conclusión, que el problema principal de todo esto es que las líneas de investigación de la gravitación cuántica conducen (de momento) a escenarios tan indeterminados que parece como si cualquier resultado experimental se pudiera justificar. Una situación muy lamentable.
Saludos cordiales.
El ejemplo que mencionas, si lo entiendo bien, trata de una violación dinámica de la simetría de Lorentz. La teoría de cuerdas en su idea principal sigue teniendo la simetría de Lorentz como pilar fundamental, independientemente del resultado de ese artículo. No se trata de que esa simetría no sea una simetría fundamental de la teoría, sino que nos encontramos con un vacío que no presenta esa simetría o que es resultado de una ruptura dinámica de la simetría de Lorentz. Es similar a encontrarse en un fluído en el que el flujo selecciona una dirección preferida en el espacio. Los experimentos del Fermi deberían poner límites severos a este tipo de modelos.
Pero no te falta razón, creo, en tu acertado comentario. Yo también tengo la impresión que el principal problema sigue siendo la falta de modelos únicos, sobre todo derivados de la teoría de cuerdas. Y la falta de modelos únicos está causada por una falta de visión sobre los principios sobre los cuales una gravedad cuántica debe sustentarse. Una situación ciertamente poco satisfactoria tras más de cinco décadas de investigación. A ver si algún que otro resultado experimental empieza a dar algo de luz al final de este túnel.
Un saludo.
Quizás la moraleja que habría que sacar de todo esto es que antes de construir una teoría física (y más si se pretende fundamental) hay que contar con una buena base fenomenológica que la motive y la oriente.
Consideraciones a priori sobre la forma que debería tener la teoría que se busca, basadas en meras analogías, extrapolaciones de teorías conocidas, postulados de simetría y criterios estéticos, no parece que puedan sustituir la falta de esa base.
Posiblemente éste haya sido el error de base del programa de la gravitación cuántica (...al menos hasta ahora).
Más aún, me pregunto si dicho programa no ha vuelto de algún modo a reproducir el intento cartesiano de construir una física a priori, basada en ideas "claras y distintas" que se imponen por su propia lógica.
Si esto fuera así, habría que ir pensando en volver al método newtoniano, y poner la teoría detrás de los datos. Y de momento, hasta donde yo conozco, no parece haber datos claros que sugieran que la descripción relativista (clásica) de la gravedad es insuficiente.
Pero quizá tú me puedas informar mejor sobre esto.
En todo caso, muchas gracias por tu blog, es realmente informativo, y sobre todo me ayuda a repensar muchos conceptos y detalles que creía entender, y luego resulta que los entiendo tanto.
Quería decir: que NO los entiendo tanto
La relatividad general reproduce bien los experimentos estándar de la gravitación en el sistema solar, parece que explica bien los efectos sobre giroscopios (Gravity Probe - B) y sirve para definir modelos cosmológicos. En esto último hay algo de controversia ya que existen modelos de gravitación diferentes a nivel clásico sobre todo para explicar curvas de rotación (sustituyendo a la materia oscura) o para explicar la aceleración de la expansión (sustituyendo a la energía oscura). Las alternativas clásicas muestran que no está dicha aún la última palabra, pero en general creo que la relatividad general es mayoritariamente aceptada como correcta a nivel clásico.
No sé si se puede decir que el programa de gravitación cuántica ha sido un error. El problema es que no ha habido resultados experimentales hasta ahora y eso significa que uno sólo puede guiarse por criterios de consistencia, estética, analogías, etc. como mencionas. Dejando de lado las propuestas de gravedad cuántica pura como la teoría de cuerdas, la gravedad cuántica canónica, etc. de las que no se sabe aún cuál va en la dirección correcta, hay que notar que sí ha habido avance teórico en el estudio de la gravitación semiclásica especialmente en agujeros negros. Ahí están los trabajos de Hawking, Susskind, 't Hooft, Jacobson, etc.
Saludos
Bueno, yo tampoco creo que el programa de la gravitación cuántica haya sido un error en bloque. Pues se han producido desarrollos teóricos como los que indicas, y en general se han ensayado ideas matemáticamente muy elegantes. Lo único que sí creo es que ha sido un error (pero es muy serio) ha sido pensar que podrían esbozarse las líneas maestras de la teoría antes de contar con una base fenomenológica que la sustentara.
A este respecto comento una última cosa y ya dejo de molestar en el blog, porque no quiero cansarte: Actualmente estoy trabajando en un grupo experimental de investigación de astrofísica de partículas. Y la queja que siempre tengo que oir tanto por parte los miembros del grupo como de otros colegas al respecto de la QG es que
cada vez que los astrofísicos publican algún resultado curioso sobre la erupción de un blazar o de "gamma ray burst" aparece un teórico o veinte que lo encajan en una versión de la QG. Y esto no parece serio.
Bueno, lo dicho, muchas gracias, y lo dejo ya. (Pero sigo leyéndote)
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