Kompletní Einsteinovy ​​teorie – průlom ve fyzice částic

Vědci z Ósacké univerzity ukazují relativistickou kontrakci elektrického pole generovaného rychle se pohybujícími nabitými částicemi, jak předpovídá Einsteinova teorie, což by mohlo pomoci zlepšit výzkum částic a radiační fyziky.

Před více než stoletím navrhl jeden z nejslavnějších moderních fyziků Albert Einstein převratnou teorii speciální relativity. Většina všeho, co o vesmíru víme, je založena na této teorii, nicméně část z toho zatím nebyla experimentálně prokázána. učenci, kteří Univerzita v Ósace Ústav laserového inženýrství poprvé použil ultrarychlá elektrooptická měření k vizualizaci kontrakce elektrického pole obklopujícího elektronový paprsek pohybující se rychlostí blízkou rychlosti světla ak demonstraci procesu generování.

Podle Einsteinovy ​​teorie speciální relativity je nutné použít „Lorentzovu transformaci“, která kombinuje souřadnice prostoru a času, aby bylo možné popsat pohyb objektů procházejících kolem pozorovatele rychlostí blížící se rychlosti světla. Byl schopen vysvětlit, jak tyto transformace vedly k soběstačným rovnicím elektrických a magnetických polí.

Zatímco různé účinky relativity byly mnohokrát prokázány s velmi vysokou mírou experimentování[{“ attribute=““>accuracy, there are still parts of relativity that have yet to be revealed in experiments. Ironically, one of these is the contraction of the electric field, which is represented as a special relativity phenomenon in electromagnetism.

Now, the research team at Osaka University has demonstrated this effect experimentally for the first time. They accomplished this feat by measuring the profile of the Coulomb field in space and time around a high-energy electron beam generated by a linear particle accelerator. Using ultrafast electro-optic sampling, they were able to record the electric field with extremely high temporal resolution.

It has been reported that the Lorentz transformations of time and space as well as those of energy and momentum were demonstrated by time dilation experiments and rest mass energy experiments, respectively. Here, the team looked at a similar relativistic effect called electric-field contraction, which corresponds to the Lorentz transformation of electromagnetic potentials.

“We visualized the contraction of an electric field around an electron beam propagating close to the speed of light,” says Professor Makoto Nakajima, the project leader. In addition, the team observed the process of electric-field contraction right after the electron beam passed through a metal boundary.

When developing the theory of relativity, it is said that Einstein used thought experiments to imagine what it would be like to ride on a wave of light. “There is something poetic about demonstrating the relativistic effect of electric fields more than 100 years after Einstein predicted it,” says Professor Nakajima. “Electric fields were a crucial element in the formation of the theory of relativity in the first place.”

This research, with observations matching closely to Einstein’s predictions of special relativity in electromagnetism, can serve as a platform for measurements of energetic particle beams and other experiments in high-energy physics.

Reference: “Ultrafast visualization of an electric field under the Lorentz transformation” by Masato Ota, Koichi Kan, Soichiro Komada, Youwei Wang, Verdad C. Agulto, Valynn Katrine Mag-usara, Yasunobu Arikawa, Makoto R. Asakawa, Youichi Sakawa, Tatsunosuke Matsui and Makoto Nakajima, 20 October 2022, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-022-01767-w

The study was funded by the Japan Society for the Promotion of Science and the NIFS Collaborative Research Program.