中國(guó)青年報(bào)客戶端北京2月11日電（中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝）愛(ài)因斯坦的相對(duì)論認(rèn)為，宇宙中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最快的速度是光速，這一限制有沒(méi)有可能被打破？來(lái)自中國(guó)的大科學(xué)裝置給出了最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
記者今天從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所了解到，該所負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)行管理大科學(xué)裝置——位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO），其合作組科研人員最新利用LHAASO觀測(cè)的高能伽馬射線事例對(duì)洛倫茲對(duì)稱性進(jìn)行檢驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果將洛倫茲對(duì)稱性的破缺能量標(biāo)度提高約10倍，這是迄今對(duì)此類洛倫茲對(duì)稱性的最嚴(yán)格檢驗(yàn)，也再次驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦相對(duì)論時(shí)空對(duì)稱的正確性。
這一重要研究由中科院高能所研究員畢效軍和中科院紫金山天文臺(tái)研究員張毅、袁強(qiáng)合作，帶領(lǐng)博士研究生高林青、陳恩生、趙世平等共同完成，成果論文在最新一期國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表。
高海拔宇宙線觀測(cè)站鳥(niǎo)瞰圖。中科院高能所供圖
愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的基石，相對(duì)論原理要求物理規(guī)律具有洛倫茲對(duì)稱性。自愛(ài)因斯坦提出相對(duì)論后的100多年時(shí)間里，洛倫茲對(duì)稱性的正確性已經(jīng)歷無(wú)數(shù)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。然而，描述引力的廣義相對(duì)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。
畢效軍介紹，理論物理學(xué)家為了把廣義相對(duì)論和量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行了不懈努力，提出弦論、圈量子引力理論等不同理論。這些理論預(yù)言洛倫茲對(duì)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(duì)論可能需要被修正。因此，在實(shí)驗(yàn)上尋找洛倫茲對(duì)稱性破壞的跡象就成為檢驗(yàn)相對(duì)論、尋找更基本物理規(guī)律的一個(gè)“突破口”。
根據(jù)理論推斷，洛倫茲對(duì)稱性破壞只有在所謂的普朗克能標(biāo)下才顯著，這個(gè)能標(biāo)高達(dá)10的19次方GeV，對(duì)于人工加速器只能達(dá)到約10的4次方GeV能量的今天，在實(shí)驗(yàn)室里這種破壞產(chǎn)生的效應(yīng)非常微弱，需要極高的實(shí)驗(yàn)精確度才可能被測(cè)量到，因而難以探測(cè)。
畢效軍說(shuō)，在天體活動(dòng)中存在非常高能的過(guò)程，比如，宇宙中存在能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人造加速器能夠加速的粒子，洛倫茲對(duì)稱性破壞在這些高能粒子上的表現(xiàn)會(huì)更加顯著，也更容易探測(cè)。又如，盡管從天體源發(fā)射的粒子帶有非常微弱的洛倫茲對(duì)稱性破壞效應(yīng)，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳播的累積而變得更容易探測(cè)，天體物理觀測(cè)因而就成為尋找洛倫茲對(duì)稱性破壞的天然實(shí)驗(yàn)室。
作為我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造運(yùn)行的高海拔大型宇宙線觀測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，LHAASO在2021年建設(shè)還沒(méi)有完成時(shí)就探測(cè)到目前人類已知最高能量的伽馬射線光子，其能量達(dá)到1.4拍（1拍=1000萬(wàn)億）電子伏，來(lái)自遙遠(yuǎn)的天鵝座，從而為探索基本物理規(guī)律、嚴(yán)格檢驗(yàn)洛倫茲對(duì)稱性正確性提供了難得的機(jī)會(huì)。
畢效軍告訴記者，洛倫茲對(duì)稱性破壞會(huì)造成高能量的光子不再穩(wěn)定，能夠快速衰變?yōu)橐粚?duì)正負(fù)電子對(duì)或者衰變到3個(gè)伽馬光子。合作組研究分析LHAASO的觀測(cè)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)，并沒(méi)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(duì)稱性在接近普朗克能標(biāo)下仍然是正確的。
“這一最新觀測(cè)結(jié)果再次驗(yàn)證了洛倫茲對(duì)稱性，從而驗(yàn)證愛(ài)因斯坦相對(duì)論時(shí)空對(duì)稱的正確性?！碑呅к娬f(shuō)。
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