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Astrophysik: Extreme Lichtteilchen setzen Grenze für Quantengravitation

Die Lichtgeschwindigkeit soll konstant sein? Mitnichten, sagen manche Theoretiker. Eine Gruppe von Astrophysikern stellt die Vermutung nun auf den Prüfstand.
MAGIC-TeleskopeLaden...

Mit viel Glück ist der große Durchbruch in der Physik nur ein paar Lichtteilchen entfernt: Laut manchen Theorien ist die Lichtgeschwindigkeit nicht etwa konstant wie gemeinhin angenommen, sondern hängt minimal von der Energie der Lichtquanten ab. Besonders energiereiche Strahlung würde in diesem Fall bei seinen ultrakurzen Schwingungen von der Struktur der Raumzeit gebremst. Und das könnte Rückschlüsse auf die Naturgesetze auf der kleinsten aller denkbaren Größenordnungen erlauben, der ominösen Planck-Skala bei 10-35 Metern, wo viele Physiker eine Synthese aus Quantenphysik und allgemeiner Relativitätstheorie am Werk sehen, die Theorie der »Quantengravitation«.

Doch noch ist unklar, ob die Geschwindigkeit des Lichts Einblicke in dieses verborgene Reich ermöglicht. Schon mehrfach haben Experten versucht, eine Varianz der Lichtgeschwindigkeit aufzuspüren. Dazu schauen sie sich ferne Strahlungsquellen an, die zu extremen Energieausstößen neigen und deren Licht sehr lange zu uns unterwegs ist, und vergleichen dann die Ankunftszeit der Lichtteilchen mit theoretisch hergeleiteten Erwartung. Bisher ist dabei allerdings nichts Spannendes aufgetaucht – Licht scheint sich bei allen Energien gleich schnell zu bewegen, im Rahmen der Messgenauigkeit zumindest.

Aber vielleicht muss man einfach noch etwas genauer hinsehen als bisher. Das haben nun Forscher der MAGIC Collaboration getan und die Ergebnisse im Fachmagazin »Physical Review Letters« veröffentlicht. Für ihre Studie haben die Wissenschaftler sehr energiereiche Strahlung eines mächtigen Gammastrahlenausbruchs namens GRB 190114C analysiert, der 4,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt stattfand und den die MAGIC-Teleskope auf La Palma im Januar 2019 beobachtet hatten.

Erneut hielten sich die Lichtteilchen ans kosmische Tempolimit. Doch da die Strahlungsquelle sehr weit entfernt war und MAGIC Lichtteilchen mit Rekordenergien von mehr als 0,2 Teraelektronvolt (TeV) aufgefangen hat, können die Forscher nun etwas besser abschätzen, welche Theorien der Quantengravitation in Frage kommen. Demnach dürfen diese bei den von MAGIC beobachteten Energien maximal eine Abweichung von 0,2 billionstel Prozent von der Lichtgeschwindigkeit vorhersagen, um nicht in Konflikt mit den Messdaten zu geraten.

29/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 29/2020

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