宇宙中物質(zhì)運動最快的速度是光速 這一限制有沒有可能被打破？
愛因斯坦的相對論認(rèn)為，宇宙中物質(zhì)運動最快的速度是光速，這一限制有沒有可能被打破?這個問題可以通過洛倫茲對稱性的破缺來檢驗。近日，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。實驗結(jié)果將洛倫茲對稱性的破缺能量標(biāo)度提高了約10倍，這是迄今對此類洛倫茲對稱性的最嚴(yán)格檢驗，并再次驗證了愛因斯坦相對論時空對稱的正確性。
愛因斯坦的相對論原理要求物理規(guī)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(xué)之間存在難以調(diào)和的矛盾。理論物理學(xué)家為了把廣義相對論和量子力學(xué)統(tǒng)一起來，提出了弦論、圈量子引力理論等不同理論。這些理論預(yù)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。因此，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“突破口”。
然而，根據(jù)這些理論的推斷，洛倫茲對稱性破缺只有在所謂的普朗克能標(biāo)下才顯著，這個能標(biāo)高達(dá)1019 GeV，而人工加速器只能達(dá)到大約104 GeV能量。而在天體活動中存在非常高能的過程，因而天體物理觀測便成為尋找洛倫茲對稱性破壞的天然實驗室。
LHAASO是我國自主設(shè)計建造運行的宇宙線觀測實驗，2021年建設(shè)過程中便探測到目前人類已知最高能量的伽馬射線光子。
在LHAASO觀測中，洛倫茲對稱性破缺會造成高能量的光子不再穩(wěn)定，能夠快速衰變?yōu)橐粚φ?fù)電子對或者衰變到3個伽馬光子。換句話說，高能量的光子在飛往地球的旅程中自動消失了。而LHAASO的觀測數(shù)據(jù)顯示，目前未發(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(biāo)下仍是正確的。
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