“拉索”驗證相對論時空對稱理論的正確性

　　 最近，位于我國四川稻城的高海拔宇宙線實驗（“拉索”，LHAASO）合作組，利用其觀測的高能伽馬射線事例對愛因斯坦相對論時空對稱理論——洛倫茲對稱性的正確性進行了檢驗。這是當前對洛倫茲對稱性的最嚴格檢驗。實驗結果將洛倫茲對稱性的破缺能量標度提高了約10倍，驗證了愛因斯坦相對論時空對稱的正確性。相關論文于近日發表在最新一期的《物理評論快報》上。

　　愛因斯坦相對論提出，物理規律具有洛倫茲對稱性。在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歷了無數的實驗檢驗。然而，一直以來，描述引力的廣義相對論和描述微觀世界規律的量子力學之間存在著難以調和的矛盾。

　　為了把廣義相對論和量子力學統一起來，理論物理學家提出了弦論、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、尋找更基本物理規律的一個“突破口”。

　　根據理論物理學家推斷，洛倫茲對稱性破壞只有在“普朗克能標”下才顯著，這個能標要求能量達到1千億億吉電子伏特（GeV）級別，而目前人工加速器最高只能達到大約1萬GeV能量。因此，在實驗室里，洛倫茲對稱性破壞產生的效應非常微弱，很難被測量到。

　　在此情況下，天體物理觀測成為尋找洛倫茲對稱性破壞的天然實驗室。

　　中國科學院高能物理研究所研究員畢效軍介紹，天體活動中存在非常高能的物理過程，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會更加顯著，也更容易探測；又如，盡管從天體源發射的粒子帶有非常微弱的洛倫茲對稱性破壞效應，但經過長距離傳播的累積而變得更容易探測。

　　他表示，“拉索”曾探測到目前人類已知最高能量的伽馬射線光子來自遙遠的天體，為探索基本物理規律、嚴格檢驗洛倫茲對稱性正確性提供了難得的機會。

　　倘若洛倫茲對稱性破壞，會造成高能量的光子快速衰變為一對正負電子對或者三個伽馬光子。

　　“如果理論物理學家的推測是正確的，那么，高能量的光子在飛往地球的旅程中就會自動消失。對于我們在地球上的觀測者來說，即使天體源已經發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。”畢效軍說。

　　畢效軍和中國科學院紫金山天文臺研究員張毅、袁強合作，帶領團隊對我國“拉索”實驗觀測的高能伽馬射線數據進行了分析。他們發現，目前的伽馬射線譜到拍電子伏以上都是一直向高能延續的，并沒有發現任何高能伽馬事例“神秘”消失的現象，由此表明洛倫茲對稱性在接近普朗克能標下仍然正確。

　　相關論文鏈接: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.051102