科学家解释超高能光子为何能抵达地球

IT时代网9月10日消息，一颗来自“史上最亮伽马暴”的高能光子，按现有物理定律本不该抵达地球，除非它绕开了爱因斯坦定义的物理规则。如今研究人员或许找到了答案。这颗光子源自编号为 GRB 221009A 的伽马射线暴，该事件于 2022 年 10 月 9 日首次被探测到，是人类观测到的最亮伽马暴，绰号 BOAT。在涌向地球的大量光子中，有一颗是人类探测到的首个来自伽马暴的最高性能光子，由位于俄罗斯高加索地区巴克桑天文台的超高能宇宙线探测器“地毯”捕获。问题在于宇宙空间并非真空，其中遍布着大爆炸残留的“化石辐射场”光子，也就是宇宙微波背景辐射。按现有物理定律，拥有如此高能量的粒子在跨越 20 多亿光年的旅途中，几乎必然会与背景光子相互作用并转化，根本到不了地球。可它到了。研究团队负责人、来自意大利国家天体物理研究所的乔治奥·加兰蒂表示，团队从一个很简单的疑问入手：按已知规律这颗光子本该在途中湮灭，它究竟是如何存活下来的。他指出，“地毯”实验给出的新数据说明，此前提出的各类解释已经不再成立，因此团队转而寻找一套自洽的理论模型来描述观测现象，而不是随意修改物理方程去凑结果。团队把目光投向了质量极轻的假想粒子——类轴子粒子。按这一假说，光子在星际传播途中转化为类轴子粒子，进入银河系范围后再变回光子，从而躲过湮灭。但仅靠这套机制仍无法解释这颗光子的超高能量，于是研究进一步结合了狭义相对论中“洛伦兹不变性可能发生破缺”的设想：在极高能量条件下，不同速度观测者看到的物理定律不再完全一致，光子的传播规律随之改变。有意思的是，观测证据似乎支持这套模型。按团队预测，这颗高能光子抵达地球的时间应比来自同一次伽马暴的低能光子晚大约一小时，而实测确实如此。来自意大利国家核物理研究所的成员马尔科·龙卡代利表示，这项工作最有价值的地方在于首次把两个此前独立发展的理论结合到一起，若未来观测得到证实，宇宙将成为研究量子引力的天然实验室，其能量尺度远超地球上任何加速器。该论文已发布在预印本网站 arXiv，并获得《物理评论快报》录用。

注：本文综合自IT之家等，文中包含AI辅助创作的内容。

编辑：刘宁