該天文臺旨在觀測伽馬 / 宇宙射線引發(fā)的空氣簇射（來自：IHEP.CAS.CN）

早些時候，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。

論文通訊作者之一、中科院高能物理研究所的畢效軍研究院指出：實驗期間，LHAASO 天文臺觀測到了世界上能量最高的宇宙伽馬射線，而他們也借此機會開展了洛倫茲對稱性的檢驗。

截圖（來自：LHAASO）

此外中科院紫金山天文臺的張毅、袁強研究員也參與了這項實驗合作，帶領博士研究生高林青、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，觀測結果再次驗證了洛倫茲對稱性。

與之前的最佳結果相比，新實驗將洛倫茲對稱性的破缺能量標度提升了大約 10 倍 —— 這是迄今為止對此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”（Space-Time Symmetry）的正確性。

研究配圖 - 1：對比擬合結果

作為現(xiàn)代物理學的基石，愛因斯坦相對論要求物理定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)律的量子力學之間存在著難以調(diào)和的矛盾。理論物理學家為了把廣義相對論和量子力學統(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”。

研究配圖 - 2：排除曲線

SCI Tech Daily 指出：這些理論預測，洛倫茲對稱性很可能在非常高的能量下被打破，意味著相對論可能需要在高能下加以修改。

正因如此，通過尋找洛倫茲對稱性破缺的信號來檢驗相對論、并發(fā)展更基本的物理定律，對于回答這個問題也變得至關重要。

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1019GeV！（1 GeV = 10 億電子伏特）

對于人工加速器只能達到大約104GeV能量的今天，在實驗室里這種破壞產(chǎn)生的效應非常微弱，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，比如，宇宙中存在能量遠遠高于人造加速器能夠加速的能量的粒子，洛倫茲對稱性破壞在這些高能粒子上的表現(xiàn)會更加顯著，也更容易探測。

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稱性破壞效應，但經(jīng)過長距離傳播的累積而變得更容易探測。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。

研究配圖 - 3：約束條件比較

位于四川稻城的高海拔大型宇宙線實驗（LHAASO），是我國自主設計建造運行的宇宙線觀測實驗。

在 2021 年建設還沒有完成的時候，它就已經(jīng)探測到迄今已知最高能量的伽馬射線光子，能量達到了 1.4 拍電子伏。

在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。

換句話說，高能量的光子在飛往地球的旅程中就自動消失了！對于我們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，我們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。

綜上所述，當接近普朗克能量標度時，洛倫茲對稱性仍然保持不變。

有關這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在 2 月 3 日的《Physical Review Letters》上。

原標題為《Exploring Lorentz Invariance Violation from Ultrahigh-Energy γ Rays Observed by LHAASO》。

【cnBeta.com 綜合】