Наблюдая за сверхмассивными черными дырами, международная группа ученых-физиков определила ограничение для возможной массы фотонов. Результаты работы появятся в сентябрьском выпуске Physical Review Letters.

Команда ученых из Португалии, Италии, Японии и США нашла способ использовать астрофизические наблюдения для проверки фундаментальных принципов физики – в частности, о том, что фотоны не имеют массы.

Тест работает следующим образом: если бы фотоны имели массу, она вызывала бы нестабильность, которая остановила бы вращение всех черных дыр во Вселенной. Но астрономы видят, что гигантские, сверхмассивные черные дыры в центрах галактик все же вращаются. Значит, этой нестабильности нет или она слишком слаба.

«Масса фотона исходя из этого наблюдения должна быть крайне мала, если она вообще есть», – говорит Эммануэль Берти, доцент кафедры физики и астрономии Университета Миссисипи.

Рис. 1. Схематическое изображение эффекта «бомбы» в черной дыре. Волны, брошенные в черную дыру, могут усиливаться при отражении, забирая энергию вращения и останавливая черную дыру. Масса частицы действует как стена для исходящих волн, поэтому процесс отражения и усиления многократно повторяется, вызывая нестабильность.

«Сверхлегкие фотоны с ненулевой массой произвели бы "бомбу» в черной дыре – сильнейшую нестабильность, которая бы очень быстро выпустила из черной дыры энергию, – говорит Паоло Пани, ведущий автор исследования. – Наблюдение за вращающимися черными дырами практически говорит о невозможности существования таких частиц, либо нижняя граница их массы должна быть снижена до беспрецедентного уровня. Масса должна быть в сто миллиардов миллиардов раз меньше, чем нынешние границы массы нейтрино, составляющие около двух электрон-вольт".

«Это открытие заполнило один из важнейших пробелов в современной физике элементарных частиц, потому что она объясняет, как частицы получают массу, – сказал Леонардо Гуалтиери, исследователь. – Однако массой обладают не все частицы. Физика прогрессирует, вновь и вновь досконально проверяя общепринятые теории. И мы доказываем отсутствие массы точным экспериментом. Наблюдение за сверхмассивными черными дырами могут дать новые возможности и идеи, недоступные в лабораторных условиях. Возможно, эти новые рубежи в астрофизике дадут нам новое понимание микроскопической Вселенной».