(Phys.org) — Natuurkundigen hebben tot nu toe het sterkste bewijs gevonden dat de Lorentz-symmetrie niet is geschonden, een van de fundamentele symmetrieën van de relativiteitstheorie. Lorentz-symmetrie stelt dat de uitkomst van een experiment niet afhankelijk is van bepaalde aspecten van de omgeving, namelijk de snelheid en de richting van het bewegende referentieframe - eigenschappen die relevant worden bij het bestuderen van astronomische objecten en het lanceren van satellieten, bijvoorbeeld, evenals voor het verenigen van de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie.

"We weten dat de algemene relativiteitstheorie en het standaardmodel van de deeltjesfysica niet de ultieme theorieën zijn, " vertelde co-auteur Marie-Christine Angonin van het Observatorium van Parijs: Phys.org . "Verder, tot dusver, het was onmogelijk om deze twee aspecten van de natuurkunde in één gemeenschappelijke theorie te verenigen. Om te slagen in deze zoektocht, bijna alle unificatietheorieën voorspellen een breuk van de Lorentz-symmetrie."

Om de verbeterde test van Lorentz-symmetrie uit te voeren, het team van natuurkundigen van het Observatorium van Parijs en de Universiteit van Californië, Los Angeles, analyseerde 44 jaar aan gegevens van maanlasermetingen (LLR).

LLR omvat het verzenden van laserpulsen tussen een station op aarde naar een reflector op de maan en terug, en het meten van de tijd die het licht nodig heeft om de rondreis te voltooien, dat is ongeveer 2,5 seconden. Moderne LLR-experimenten kunnen de afstand tussen de aarde en de maan tot op minder dan een centimeter bepalen.

In de nieuwe studie analyseerden de onderzoekers gegevens van meer dan 20, 000 gereflecteerde laserstralen die tussen 1969 en 2013 werden uitgezonden door vijf LLR-stations op verschillende plaatsen op aarde. De reistijd van het licht heen en terug wordt door tal van factoren beïnvloed, vanaf de plaats van de maan aan de hemel, aan het weer en de getijden, evenals relativistische effecten - die vooral belangrijk zijn voor het testen van Lorentz-symmetrie.

Om de LLR-gegevens in de context van Lorentz-symmetrie te analyseren, ontwikkelden de onderzoekers eerst een "maan-ephemeris, " wat een model is dat rekening houdt met tientallen factoren om de geschatte positie te berekenen, snelheid, en oriëntatie van de maan ten opzichte van de aarde op een bepaald moment. Het raamwerk voor deze efemeride komt van een theorie die de standaardmodeluitbreiding (SME) wordt genoemd, die de algemene relativiteitstheorie en het standaardmodel van de deeltjesfysica combineert, en zorgt voor de mogelijkheid van Lorentz symmetrie breken.

"Voor de eerste keer, er is een wereldwijde modellering van het Earth-Moon-systeem gedaan in het MKB-kader, " zei Angonin. "Dit betekent dat de MKB-bewegingsvergelijkingen zowel in de efemeriden als in de beschrijving van het lichttraject zijn opgenomen. Het leidt ons tot het afleiden van volledige en robuuste beperkingen op de KMO-coëfficiënten en bijgevolg op een hypothetische breuk van de Lorentz-symmetrie."

Algemeen, de analyse van de onderzoekers laat zien dat LLR-gegevens gevoelig zijn voor bepaalde combinaties van de MKB-coëfficiënten, maar vond geen bewijs dat LLR afhangt van de snelheid of de richting van het referentieframe, wat aangeeft dat er geen Lorentz-symmetrie breekt. Door de enorme hoeveelheid gegevens de resultaten bieden de strengste beperkingen tot nu toe voor de kmo-coëfficiënten, in sommige gevallen verbeteren ze tot een orde van grootte ten opzichte van eerder onderzoek. In het algemeen, het verbeteren van deze beperkingen betekent dat elke schending van de Lorentz-symmetrie zeer klein moet zijn, als het al bestaat.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan te blijven zoeken naar schendingen van de Lorentz-symmetrie met behulp van andere astronomische gegevens.

"We willen de gegevens van LLR combineren met die van satellietmetingen of maanverkenning, en overweeg meer geëvolueerde modellen waarbij het breken van Lorentz-symmetrie voortkomt uit de koppeling tussen materie en zwaartekracht, ' zei Angonin.

© 2016 Fys.org