La mai bine de un secol după apariţie, oamenii de știință au finalizat teoria lui Einstein despre relativitatea specială în electromagnetism.
Cercetătorii de la Universitatea din Osaka demonstrează contracția relativistă a unui câmp electric produs de particulele încărcate care se mișcă rapid, așa cum este prezis de teoria lui Einstein, care poate ajuta la îmbunătățirea cercetării radiațiilor și fizicii particulelor.
În urmă cu peste un secol, unul dintre cei mai renumiți fizicieni moderni, Albert Einstein, a propus teoria revoluționară a relativității speciale. Cele mai multe cunoştinţe despre univers se bazează pe această teorie, deşi o parte din ea nu a fost demonstrată experimental până acum.
Oamenii de știință de la Institutul de Inginerie Laser al Universității din Osaka au folosit măsurători electro-optice ultrarapide pentru a vizualiza pentru prima dată contracția câmpului electric din jurul unui fascicul de electroni care se deplasează aproape de viteza luminii și pentru a demonstra procesul de generare.
Conform teoriei relativității speciale a lui Einstein, trebuie să folosim o „transformare Lorentz” care combină coordonatele spațiale și temporale pentru a descrie cu precizie mișcarea obiectelor care trec pe lângă un observator la viteze apropiate de viteza luminii. El a putut explica modul în care aceste transformări au dus la ecuații auto-consistente pentru câmpurile electrice și magnetice.
În timp ce diferite efecte ale relativității au fost dovedite de nenumărate ori cu un grad foarte înalt de acuratețe experimentală, există încă părți ale relativității care nu au fost încă dezvăluite în experimente. Una dintre acestea este contracția câmpului electric, care este reprezentat ca un fenomen de relativitate specială în electromagnetism.
Acum, echipa de cercetare de la Universitatea Osaka a demonstrat pentru prima dată acest efect experimental. Ei au realizat această performanță prin măsurarea profilului câmpului Coulomb în spațiu și timp în jurul unui fascicul de electroni de înaltă energie generat de un accelerator liniar de particule. Folosind eșantionarea electro-optică ultrarapidă, aceștia au reușit să înregistreze câmpul electric cu o rezoluție temporală extrem de mare.
S-a raportat că transformările Lorentz ale timpului și spațiului, precum și cele ale energiei și impulsului au fost demonstrate prin experimente de dilatare a timpului și, respectiv, experimente cu energia în masă în repaus. Aici, echipa a analizat un efect relativist similar numit contracție a câmpului electric, care corespunde transformării Lorentz a potențialelor electromagnetice.
„Am vizualizat contracția unui câmp electric în jurul unui fascicul de electroni care se propagă aproape de viteza luminii”, spune profesorul Makoto Nakajima, liderul proiectului.
În plus, echipa a observat procesul de contracție a câmpului electric imediat după ce fasciculul de electroni a trecut printr-o limită de metal.
Când a dezvoltat teoria relativității, se spune că Einstein a folosit experimente de gândire pentru a-și imagina cum ar fi să călărești pe un val de lumină.
„Există ceva poetic în demonstrarea efectului relativist al câmpurilor electrice la mai bine de 100 de ani după ce Einstein a prezis-o”, spune profesorul Nakajima.
„Câmpurile electrice au fost un element crucial în formarea teoriei relativității în primul rând.” precizează el.
Această cercetare, cu observații care se potrivesc îndeaproape cu predicțiile lui Einstein privind relativitatea specială în electromagnetism, poate servi drept platformă pentru măsurători ale fasciculelor de particule energetice și alte experimente în fizica energiei înalte.
Studiul a fost finanțat de Societatea Japoneză pentru Promovarea Științei și Programul de Cercetare Colaborativă NIFS.
Articol de Răzvan Lupu
