物理學(xué)家們測(cè)量了光在最高能級(jí)尺度下的速度，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是宇宙中的任何地方，甚至是從超新星等源頭噴出的伽馬射線，光的傳播速度都仍然是恒定的。

這意味著，即使在最高能級(jí)尺度下，愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論論的支柱仍堅(jiān)如磐石。

新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的天體物理學(xué)家帕特·哈丁(Pat Harding)說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅僅是再次確認(rèn)了相對(duì)論的正確性，同時(shí)也具有指導(dǎo)性。大多數(shù)量子引力模型都指出，在非常高的能級(jí)下，相對(duì)論會(huì)失效。但現(xiàn)在經(jīng)過(guò)我們對(duì)高能光子的觀察，把有可能導(dǎo)致相對(duì)論失效的能級(jí)標(biāo)準(zhǔn)至少又提升了一百倍。”

洛倫茲不變性是狹義相對(duì)論的基本原理。它表示，無(wú)論您在宇宙中的哪個(gè)位置，包括光速在內(nèi)的物理定律都保持一致。

但是，有一些理論表明，當(dāng)能量極大的時(shí)候，可能會(huì)違反洛倫茲不變性。

如果發(fā)生這種情況，我們就需要新的物理定律。

如果洛倫茲不變性在高能時(shí)崩潰，則高能現(xiàn)象應(yīng)表現(xiàn)出與相對(duì)論不一致的意外行為——例如，光可能以不同的速度傳播；反之，則不然。

這就是伽馬射線的價(jià)值所在。它們是電磁光譜中波長(zhǎng)最短，能量最高的光子，產(chǎn)生于原子核的放射性衰變。

換句話說(shuō)，它們來(lái)自于超新星，中子星，恒星耀斑以及黑洞周圍的區(qū)域，是非常極端的空間現(xiàn)象。

如果要在違反洛倫茲不變性的情況下加快伽馬射線的速度，那么伽馬射線光子將在到達(dá)地球之前衰變?yōu)榈湍芰Ｗ印?/p>

那些能量較低的粒子可能會(huì)到達(dá)地球，也可能永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)，但無(wú)論如何，它們都不再是伽馬射線。

現(xiàn)在，高空切倫科夫水箱式天文臺(tái)(HAWC)——目前海拔最高的伽馬射線探測(cè)器，設(shè)計(jì)用于探測(cè)最高能量的伽馬射線——可以檢測(cè)到從1000億到100萬(wàn)億電子伏特的電磁波。大約是可見(jiàn)光能量的1000億到100萬(wàn)億倍。

HAWC天文臺(tái)的核心是切倫科夫探測(cè)器。由一系列裝滿水的水箱組成，并帶有檢測(cè)光子的光電倍增管。當(dāng)伽馬射線撞擊高層大氣時(shí)，由于與大氣分子的相互作用而損失了能量，從而形成了級(jí)聯(lián)的光速粒子陣雨。當(dāng)它們高速?zèng)_入水中時(shí)，傳播速度要比光在水中的傳播速度更快，這是因?yàn)樗橘|(zhì)會(huì)使光的速度減慢一點(diǎn)。

這會(huì)產(chǎn)生“光爆”(相當(dāng)于超音速的聲爆)，產(chǎn)生紫外線。這種輻射被稱為切倫科夫輻射，這就是光電倍增管接收到的光子。

伽瑪射線的能量越高，產(chǎn)生的粒子陣雨越密集。這就是物理學(xué)家區(qū)分伽馬射線能量的方式。

通過(guò)這種方法，HAWC天文臺(tái)最近檢測(cè)到了許多能量高于100 TeV的伽馬射線。這一事實(shí)支持著洛倫茲不變性——意味著高能光子的行進(jìn)速度不會(huì)比真空中的光速更快。

實(shí)際上，沒(méi)有顯示出違背洛倫茲不變性的任何跡象。

當(dāng)然，這并不意味著洛倫茲不變性在任何能級(jí)下都成立，而是說(shuō)，至少在我們可檢測(cè)的極限內(nèi)，它始終成立。

哈丁說(shuō)：“從天文距離探測(cè)更高能量的伽瑪射線使我們可以更加嚴(yán)格地審查相對(duì)論。隨著HAWC在未來(lái)幾年中繼續(xù)獲取更多數(shù)據(jù)，并推動(dòng)Los Alamos改進(jìn)探測(cè)器和分析技術(shù)，提高對(duì)能級(jí)檢測(cè)的上限，我們將能夠進(jìn)一步擴(kuò)展現(xiàn)有的物理學(xué)。”

該研究已發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。