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  • 在宇宙中,有没有可能:有的地方光速快,而有的地方光速慢?

    新的测量结果证实,无论你身处何处,移动速度有多快,物理定律都适用于迄今探索到的最高能量。对破纪录的伽马射线观测证明了洛伦兹不变性的稳定性,这也是爱因斯坦相对论的一部分,预测了宇宙中任何地方的光速都是恒定一样的。墨西哥普埃布拉的高海拔切伦科夫天文台(HAWC),探测到了来自遥远星系源的伽马射线,其研究发表在《物理评论快报》​期刊上。​

    在宇宙中,有没有可能:有的地方光速快,而有的地方光速慢?

    洛斯阿拉莫斯国家实验室中子科学与技术小组的天体物理学家、切伦科夫天文台科学合作组织成员帕特·哈丁(Pat Harding)说:相对论在非常高能量下的行为,对我们周围的世界有真正的影响,大多数量子引力模型都说,相对论行为将在非常高的能量下崩溃,我们对这种高能光子的观测,将相对论能量尺度提高了一百倍以上,而且洛伦兹不变性是物理标准模型的重要组成部分。

    在宇宙中,有没有可能:有的地方光速快,而有的地方光速慢?

    然而,一些超越标准模型的物理理论表明,洛伦兹不变性可能不会保持在最高能量。如果违反了洛伦兹不变性,许多奇异现象就变成了可能。例如,伽马射线的传播速度,可能比常规光速快或慢。如果速度更快,这些高能光子会衰变成较低能量的粒子,因此永远不会到达地球。切伦科夫天文台伽马射线天文台最新探测到了一些天体物理源,它们产生的光子超过100TeV。

    在宇宙中,有没有可能:有的地方光速快,而有的地方光速慢?

    这是可见光能量的一万亿倍,比地球上任何加速器提供的能量都要高得多。由于切伦科夫天文台能看到这些伽马射线,它将洛伦兹不变性的尺度扩大了100倍。天文距离探测到更高能的伽马射线,将允许对相对论进行更严格的检查。随着切伦科夫天文台在未来几年继续获取更多数据,并在最高能量下纳入洛斯阿拉莫斯领导的探测器和分析技术的改进,将能够进一步研究这一物理。

    在宇宙中,有没有可能:有的地方光速快,而有的地方光速慢?

    由于能量高、距离源远,天体物理观测为检验洛伦兹不变性破坏(LIV)的可能特征,提供了独特的机会。超光速Liv可以使光子在高能下衰变。高海拔切伦科夫天文台(HAWC)是目前运行在10TeV以上的最灵敏伽马射线仪器之一,切伦科夫天文台发现至少有四个天体物理源发出100TeV光子的证据,对于设置的最强限制,这些观测排除了超光速Liv的能量标度:2.2×10^31eV,超过了普朗克能量的1800倍,比以前的限制提高了1到2个数量级。

    在宇宙中,有没有可能:有的地方光速快,而有的地方光速慢?

    图示:这张复合图显示了超高能伽马射线的天空景象,箭头指的是四个能量超过100TeV的伽马射线源,它们来自我们银河系内(由切伦科夫天文台合作提供),位于切伦科夫天文台300个大型水箱的照片上,这些水箱包含灵敏的光探测器,可以测量伽马射线击中头顶10英里以上大气所产生的粒子雨。

    博科园|研究/来自:洛斯阿拉莫斯国家实验室

    参考期刊《物理评论快报》

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