Протон или атомное ядро на огромной скорости врезается в атмосферу Земли — и рождается каскад из миллиардов частиц. Этот широкий атмосферный ливень несётся к поверхности, а чуткие телескопы ловят его бледное свечение. По форме свечения физики определяют, как глубоко ливень проник в атмосферу и из чего он состоял.
Но есть тонкость. Теория относительности называет скорость света в пустоте абсолютным пределом — ничто не способно его превысить. А что, если при невообразимо высоких энергиях это правило слегка нарушается? Тогда некоторые процессы пошли бы иначе. Например, рождение пар частиц — когда из энергии возникают электрон и его антипод, позитрон — стало бы менее вероятным. В ливне уменьшилась бы электромагнитная составляющая, и он проникал бы глубже.
Авторы работы взяли упрощённую модель такого нарушения и «прогнали» её через симуляцию отклика детекторов обсерватории Пьера Оже в Аргентине. Они сравнили, как выглядели бы ливни с нарушением и без, и сопоставили с реальными данными. Метод оказался чувствительным к искомому эффекту. Исследователи получили предварительный нижний предел для энергии, на которой могло бы проявиться нарушение: более чем в миллиард миллиардов раз выше энергии, достижимой на Большом адронном коллайдере.
Так что же, скорость света по-прежнему нерушима? Пока — да. Но теперь у физиков есть ещё один инструмент, чтобы проверить это в самых экстремальных условиях, какие только встречаются в природе. В ливнях, порождённых частицами с энергией в миллионы раз выше, чем в любом земном ускорителе.
Широкий атмосферный ливень от одной частицы сверхвысокой энергии может одновременно накрыть площадь в десятки квадратных километров — как небольшой город.
В романе «Анафем» Нила Стивенсона нарушение фундаментальных законов физики в далёком прошлом привело к катастрофе, изменившей само устройство цивилизации.