研究提出最新量子引力能標下限

2021-01-10 科學網

 

近日，美國《科學》雜誌（第323卷，第1688-1693頁）以研究論文的形式發表了國際合作研究團隊關於伽馬射線暴GRB 080916C的研究文章。在賓夕法尼亞州立大學訪問的中科院紫金山天文臺-南京大學「粒子－核－宇宙學聯合研究中心」的吳雪峰博士參與了這一工作。在此項工作中，他與合作者Peter Meszaros教授利用觀測到的13.22GeV光子相對於MeV光子達到探測器的16.54秒時間差，得到最新的量子引力能標下限，為1.3 X 10^18 GeV。此新的量子引力能標下限僅僅比普朗克能量低一個量級，同時比以前用其它源但用同樣的飛行差方法得到的下限高一至兩個量級。這一新的量子能量下限和目前最高的伽瑪暴洛倫茲因子下限（>890）是這一研究工作的2個理論閃光點。

 

2008年6月，美國宇航局發射Fermi伽瑪射線大面積空間望遠鏡。在上天3個多月後的9月6號，Fermi探測到來自紅移4.3處的伽馬射線暴GRB 080916C發出的伽瑪光子，並捕捉到來自該暴的14個能量高於GeV的伽瑪光子。

 

洛倫茲對稱性/不變性是愛因斯坦狹義相對論的基本假定，即在非加速坐標系中系統作洛倫茲變換（旋轉和平移）其相關的物理規律不變。粒子物理標準模型和愛因斯坦廣義相對論都存在局部的洛倫茲不變性。然而，基於以上2大微觀和宏觀基本理論之上的標準模型擴展（Standard Model Extension）卻允許存在洛倫茲不變性破缺。根據一些量子引力模型，時空不再平滑，而是在微觀尺度上（通常認為是普朗克尺度）由於量子效應而呈離散量子泡沫結構。這樣的量子時空等效於一種色散介質：能量高的光子在其中穿行的速度比能量低的光子要小一點點。假設在發射源所有光子同時發出，則利用探測到的不同能量光子的到達時間差，我們可以推算出量子引力能標的下限。理論上，量子引力能標的自然值是普朗克能量，即1.22x 10^19 GeV。因此我們用GRB 080916C的數據得到的量子引力能標下限僅僅比普朗克能量低一個量級，同時比以前用其它源但用同樣的飛行差方法得到的下限高一至兩個量級。（紫金山天文臺）

 

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