中国LHAASO刷新检验纪录 再次验证爱因斯坦相对论

新京报贝壳财经讯(记者 罗亦丹)2月10日,中科院高能物理所在官方社交平台发布消息称,位于我国四川稻城的高海拔宇宙线实验LHAASO合作组利用其观测的高能伽马射线事例对洛伦兹对称性进行了检验,再次验证了爱因斯坦相对论时空对称的正确性。

位于海拔4410米高原的高海拔宇宙线观测站(LHAASO) 来源:中科院高能物理所官网

爱因斯坦的相对论认为,宇宙中物质运动最快的速度不能超过光速。但近年来,质疑爱因斯坦相对论正确性的言论一直存在。爱因斯坦到底对不对?这可以通过洛伦兹对称性的破缺来进行检验。

近日,中国科学院高能物理研究所研究员毕效军和中国科学院紫金山天文台研究员张毅、袁强等对我国LHAASO实验观测的高能伽马射线数据进行了分析,实验结果将洛伦兹对称性的破缺能量标度提高了大约10倍,这是当前对这一类洛伦兹对称性的最严格检验,观测结果再次验证了洛伦兹对称性。这一研究成果发表在了最新一期的《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.)上。

中科院高能物理所表示,相对论原理要求物理规律具有洛伦兹对称性。自爱因斯坦提出相对论后的100多年时间里,洛伦兹对称性的正确性经历了无数的实验检验。然而,描述引力的广义相对论和描述微观世界规律的量子力学之间存在着难以调和的矛盾。理论物理学家为了把广义相对论和量子力学统一起来进行了不懈的努力,提出了弦论、圈量子引力理论等不同的理论。这些理论预言洛伦兹对称性在很高的能量下有可能被破坏,这意味着在高能量下相对论可能需要被修正。因而,在实验上寻找洛伦兹对称性破坏的迹象就成为检验相对论、寻找更基本物理规律的一个“突破口”。

由于宇宙中存在能量远远高于人造加速器能够加速的能量的粒子,洛伦兹对称性破坏在这些高能粒子上的表现会更加显著,也更容易探测,因此天体物理观测就成为寻找洛伦兹对称性破坏的天然实验室。

在此次LHAASO的观测中,洛伦兹对称性破坏会造成高能量的光子不再稳定,能够快速衰变为一对正负电子对或者衰变到3个伽马光子。换句话说,高能量的光子在飞往地球的旅程中就会自动消失。“对于在地球上的观测者来说,即使天体源已经发出了能量更高的光子,我们测量到这个天体的光子能谱也在这个特定的能量就忽然截断了。而LHAASO的观测数据显示,目前的伽马射线谱到拍电子伏以上都是一直向高能延续的,并没有发现任何高能伽马事例‘神秘’消失的现象,表明洛伦兹对称性在接近普朗克能标下仍然是正确的。”LHAASO合作组成员、论文通讯作者之一的中科院高能所研究员毕效军说。

据了解,位于四川稻城的高海拔大型宇宙线实验LHAASO是我国自主设计建造运行的宇宙线年建设还没有完成就探测到目前人类已知最高能量的伽马射线拍电子伏,刷新这项纪录的同时,也为探索基本物理规律、严格检验洛伦兹对称性正确性提供了难得的机会。

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