9 октября 2022 года космос устроил представление, какого астрономы не видели за всю историю наблюдений. Гамма-всплеск GRB 221009A — мощнейший космический взрыв, дающий вспышку гамма-излучения, — ослепил детекторы на орбите и на Земле. Его назвали «самым ярким за всё время». Но среди потока данных затаилась странность: один фотон, пойманный детектором Carpet-3 на Кавказе, пришёл с энергией около 300 ТэВ и опоздал на 4536 секунд — больше часа. Для частицы, летящей почти со скоростью света, это вечность.

Стандартная физика здесь буксует. Во-первых, фотон такой энергии должен был поглотиться по пути: межгалактический фоновый свет — слабое излучение от всех галактик во Вселенной — действует как туман, рассеивающий высокоэнергетические частицы. Во-вторых, никто не знает, почему он так задержался. Астрофизические механизмы не дают ответа. Тогда авторы новой работы предлагают смелую гипотезу: возможно, сам вакуум не одинаков для всех фотонов. Если скорость света чуть-чуть зависит от энергии, то более энергичный фотон летит чуть медленнее. Он как бегун, который слегка притормаживает на дистанции, — и потому не только опаздывает, но и успевает проскочить сквозь препятствия, которые для быстрых бегунов были бы смертельны.

Эта идея — нарушение лоренц-инвариантности, принципа одинаковости законов физики для всех наблюдателей. В обычной теории относительности Эйнштейна скорость света — железная константа. Но некоторые теории квантовой гравитации — попытки объединить квантовую механику и гравитацию — предсказывают, что на сверхмалых масштабах, сравнимых с планковской длиной, эта константа может слегка «дышать». Эффект крошечный, но за миллиарды лет пути он накапливается. Авторы рассчитали, какое нарушение могло бы объяснить и задержку, и выживание фотона. Оказалось, линейная зависимость не подходит: вероятность совпадения с данными — всего 0.1%, меньше случайного фона в 0.9%. А вот квадратичная модель с масштабом энергии $E_{LIV2}$ = 1.30 (+0.56/-0.35) × $10^{-7}$ от планковской энергии согласуется со всеми наблюдениями.

Это первый случай, когда одна и та же гипотеза объясняет сразу две аномалии. Раньше нарушение лоренц-инвариантности привлекали либо чтобы объяснить, как частицы сверхвысоких энергий долетают до Земли, либо чтобы описать их задержку. Теперь обе загадки решаются вместе. Если будущие гамма-всплески дадут такие же опоздавшие фотоны, модель получит сильную поддержку. А пока мы возвращаемся к образу бегуна: одинокий фотон, чуть замедлившийся в самом начале пути, пересёк финишную черту позже всех — и рассказал нам о том, что пространство-время, возможно, устроено сложнее, чем мы думали.