中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 愛因斯坦的相對論認為，宇宙中物質(zhì)運動最快的速度是光速，這一限制有沒有可能被打破？這個問題可以通過洛倫茲對稱性的破缺來檢驗。最近，位于我國四川稻城的高海拔宇宙線實驗LHAASO合作組利用其觀測的高能伽馬射線事例對洛倫茲對稱性進行了檢驗。實驗結(jié)果將洛倫茲對稱性的破缺能量標度提高了大約10倍，這是當(dāng)前對這一類洛倫茲對稱性的最嚴格檢驗，也再次驗證了愛因斯坦相對論時空對稱的正確性。
據(jù)介紹，來自中國科學(xué)院高能物理研究所的畢效軍研究員和中國科學(xué)院紫金山天文臺的張毅研究員、袁強研究員合作，帶領(lǐng)博士研究生高林青、陳恩生、趙世平等對我國LHAASO實驗觀測的高能伽馬射線數(shù)據(jù)進行了分析，觀測結(jié)果再次驗證了洛倫茲對稱性。
愛因斯坦的相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的基石，相對論原理要求物理規(guī)律具有洛倫茲對稱性。自愛因斯坦提出相對論后的100多年時間里，洛倫茲對稱性的正確性經(jīng)歷了無數(shù)的實驗檢驗。然而，描述引力的廣義相對論和描述微觀世界規(guī)律的量子力學(xué)之間存在著難以調(diào)和的矛盾。理論物理學(xué)家為了把廣義相對論和量子力學(xué)統(tǒng)一起來進行了不懈的努力，提出了弦論、圈量子引力理論等不同的理論。這些理論預(yù)言洛倫茲對稱性在很高的能量下有可能被破壞，這意味著在高能量下相對論可能需要被修正。因而，在實驗上尋找洛倫茲對稱性破壞的跡象就成為檢驗相對論、尋找更基本物理規(guī)律的一個“突破口”。
然而，根據(jù)這些理論的推斷，洛倫茲對稱性破壞只有在所謂的普朗克能標下才顯著，這個能標高達10^19GeV！對于人工加速器只能達到大約10^4GeV能量的今天，在實驗室里這種破壞產(chǎn)生的效應(yīng)非常微弱，需要極高的實驗精確度才可能被測量到，因而難以探測。但在天體活動中存在非常高能的過程，因而天體物理觀測就成為尋找洛倫茲對稱性破壞的天然實驗室。
位于四川稻城的高海拔大型宇宙線實驗LHAASO是我國自主設(shè)計建造運行的宇宙線觀測實驗，2021年建設(shè)還沒有完成就探測到目前人類已知最高能量的伽馬射線光子，能量達到1.4拍電子伏，刷新這項記錄的同時，也為探索基本物理規(guī)律、嚴格檢驗洛倫茲對稱性正確性提供了難得的機會。
在LHAASO觀測中，洛倫茲對稱性破壞會造成高能量的光子不再穩(wěn)定，能夠快速衰變?yōu)橐粚φ撾娮訉蛘咚プ兊?個伽馬光子。對于在地球上的觀測者來說，即使天體源已經(jīng)發(fā)出了能量更高的光子，測量到這個天體的光子能譜也在這個特定的能量就忽然截斷了。而LHAASO的觀測數(shù)據(jù)顯示，目前的伽馬射線譜到拍電子伏以上都是一直向高能延續(xù)的，并沒有發(fā)現(xiàn)任何高能伽馬事例“神秘”消失的現(xiàn)象，表明洛倫茲對稱性在接近普朗克能標下仍然是正確的。
這一研究成果發(fā)表在最新一期的《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett.）上。
（源自于中國網(wǎng)，原文鏈接：http://ydyl.china.com.cn/2022-02/11/content_78041889.htm）
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