(Phys.org)—I fisici hanno trovato la prova più forte finora per nessuna violazione della simmetria di Lorentz, una delle simmetrie fondamentali della relatività. La simmetria di Lorentz afferma che l'esito di un esperimento non dipende da alcuni aspetti dell'ambiente circostante, vale a dire la velocità e la direzione del suo sistema di riferimento in movimento, proprietà che diventano rilevanti quando si studiano oggetti astronomici e si lanciano satelliti, ad esempio, così come per unificare la meccanica quantistica e la relatività generale.

"Sappiamo che la relatività generale e il Modello Standard della fisica delle particelle non sono le teorie ultime, " ha detto la coautrice Marie-Christine Agonin all'Osservatorio di Parigi Phys.org . "Per di più, finora, è stato impossibile conciliare in una teoria comune questi due aspetti della fisica. Per riuscire in questa ricerca, quasi tutte le teorie dell'unificazione prevedono una rottura della simmetria di Lorentz."

Per eseguire il test migliorato della simmetria di Lorentz, il team di fisici dell'Osservatorio di Parigi e dell'Università della California, Los Angeles, ha analizzato 44 anni di dati da osservazioni di raggio laser lunare (LLR).

LLR comporta l'invio di impulsi laser tra una stazione sulla Terra a un riflettore sulla Luna e ritorno, e misurare il tempo impiegato dalla luce per completare il viaggio di andata e ritorno, che è di circa 2,5 secondi. I moderni esperimenti LLR possono determinare la distanza tra la Terra e la Luna entro meno di un centimetro.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato i dati di più di 20, 000 raggi laser riflessi inviati tra il 1969 e il 2013 da cinque stazioni LLR situate in diversi luoghi della Terra. Il tempo di viaggio di andata e ritorno della luce è influenzato da numerosi fattori, dalla posizione della Luna nel cielo, al tempo e alle maree, così come gli effetti relativistici, che sono particolarmente importanti per testare la simmetria di Lorentz.

Per analizzare i dati LLR nel contesto della simmetria di Lorentz, i ricercatori hanno prima sviluppato una "effemeridi lunari, " che è un modello che tiene conto di decine di fattori per calcolare la posizione stimata, velocità, e l'orientamento della Luna rispetto alla Terra in un dato momento. La struttura di queste effemeridi deriva da una teoria chiamata estensione del modello standard (SME), che combina la relatività generale e il Modello Standard della fisica delle particelle, e consente la possibilità di rottura della simmetria di Lorentz.

"Per la prima volta, è stata effettuata una modellazione globale del sistema Terra-Luna nel quadro delle PMI, " Agonin ha detto. "Ciò significa che le equazioni del moto SME sono state incluse nelle effemeridi così come nella descrizione della traiettoria della luce. Ci porta a derivare vincoli completi e robusti sui coefficienti SME e di conseguenza su un'ipotetica rottura della simmetria di Lorentz."

Globale, l'analisi dei ricercatori mostra che i dati LLR sono sensibili a determinate combinazioni dei coefficienti SME, ma non ha trovato prove che LLR dipenda dalla velocità o dalla direzione del suo sistema di riferimento, indicando nessuna rottura della simmetria di Lorentz. Data la vastità dei dati, i risultati forniscono i vincoli più stringenti finora sui coefficienti PMI, in alcuni casi migliorandoli fino a un ordine di grandezza rispetto a ricerche precedenti. Generalmente, migliorare questi vincoli significa che qualsiasi violazione della simmetria di Lorentz deve essere molto piccola, se esiste del tutto.

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di continuare a cercare violazioni della simmetria di Lorentz utilizzando altri dati astronomici.

"Vogliamo combinare i dati di LLR con quelli provenienti dal rilevamento satellitare o dall'esplorazione della Luna, e considerare modelli più evoluti dove la rottura della simmetria di Lorentz nasce dall'accoppiamento tra materia e gravità, " ha detto Angonin.

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