Am 9. Oktober 2022 schickte der Gammastrahlenausbruch GRB 221009A eine außergewöhnliche Flut hochenergetischer Strahlung zur Erde. Das Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) registrierte Tausende Photonen des Ereignisses, einige über 10 TeV. Mehr als eine Stunde später zeichnete der Carpet-Teilchendetektor etwas weit schwerer Erklärbares auf: ein photonartiges Ereignis mit geschätzten 300 (+43/-38) TeV.
Nach Standardphysik hätte dieses Photon nie ankommen dürfen. Der Raum zwischen den Galaxien ist von Hintergrundlicht erfüllt, und der kosmische Mikrowellenhintergrund (CMB) ist so dicht, dass ein 300-TeV-Gammastrahlenquant mit ihm kollidieren und in ein Elektron-Positron-Paar zerfallen sollte. In einem Beitrag in Physical Review Letters berechnen Giorgio Galanti (INAF) und Marco Roncadelli (INFN), dass konventionelle Ausbreitung nur etwa 10^-96 erwartete Photonen im Carpet-Energiebereich ergäbe. Die Carpet-Kollaboration fand zudem kein Myon-Signal, wie es von einem hadronischen Luftschauer zu erwarten wäre, und schätzt die Wahrscheinlichkeit einer Verwechslung eines Hadrons mit dem Ereignis auf rund 3 x 10^-4.
Die Forscher prüfen zwei Zutaten. Axionartige Teilchen (ALPs) können in Magnetfeldern mit Photonen mischen, sodass ein Photon als ALP durch absorbierende Regionen reist und später wieder zum Photon wird - ein Mechanismus, der zu den LHAASO-Photonen zwischen etwa 10 und 20 TeV passt. Bei 300 TeV aber, so Galanti, "reichen ALPs allein um rund zwei Größenordnungen nicht aus". Innerhalb der betrachteten ALP-Parameter bleibt die erwartete Zahl der Carpet-Photonen unter etwa 10^-4 - unter den bei 95% Konfidenz nötigen 0,0513.
Das führte sie zu einer möglichen Verletzung der Lorentz-Invarianz (LIV). Im untersuchten Szenario verschieben modifizierte Photonenausbreitungseffekte die Schwelle der Photon-Photon-Absorption: Ein 300-TeV-Photon kann dann mit hochenergetischeren Hintergrundphotonen wechselwirken, die weit seltener sind als CMB-Photonen - das Universum wird für es transparenter. Die Autoren leiten Obergrenzen von 1,22 x 10^21 GeV (linear) und 2,03 x 10^13 GeV (quadratisch) bei 95% Konfidenz ab. Eine separate Analyse von Dmitry Ofengeim und Tsvi Piran ergab, dass auch die mehr als einstündige Verzögerung zwischen LHAASO und Carpet mit quadratischer LIV erklärbar ist, bei konsistenter Skala.
Galanti bleibt nüchtern: "Ein einzelnes Kandidatenphoton aus einem einzelnen kosmischen Ereignis kann nicht als unbestrittene Entdeckung beansprucht werden." Eine Bestätigung erfordere wiederholte Beobachtungen mehrerer weit entfernter Quellen mit denselben energieabhängigen Signaturen. Anlagen wie das ASTRI Mini-Array, CTAO, SWGO und ein erweitertes LHAASO könnten prüfen, ob solche Signaturen auch bei Gammastrahlenausbrüchen und fernen aktiven Galaxien auftreten.
