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科学利用X射线望远镜寻找“万有理论”证据

2020-03-24 09:26:06 整理发布   转载来源:cnBeta.COM  

据外媒报道,找到一种方法把相互矛盾的科学模型统一到“万有理论(Theory of Everything)”中本质上是物理学领域的圣杯。现在,NASA的一个天文台对这些理论进行了首批实验测试之一,即在太空中搜寻可能将宇宙联系在一起的假想粒子的证据

粒子物理学的标准模型虽然在解释宇宙的纳米尺度上做得很好,但当它上升到宏观尺度时就是另外一回事情了,比如其最大的漏洞之一就是它没有覆盖重力。

而在天平的另一端,阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论在描述行星、恒星、星系和星系团等大质量物体的物理学方面被证明是有弹性的。不幸的是,当它面对量子尺度时也开始崩溃。

几十年来,科学一直无法将这两个截然不同的领域合为一体。事实上,对万物统一理论的探索耗费了近代一些顶尖学者的大部分工作时间,比如爱因斯坦、斯蒂芬·霍金。

其中一个主要竞争者被称为“超弦理论”。超弦理论有多个不同的版本,虽然一些看起来比其他更有可能性,但问题是还是很难找到任何支持的证据,这使得许多科学家认为这种追求是毫无意义的。

但也许还是有存在线索的。超弦理论预言了一种叫做轴子的假想粒子的存在,它的质量非常小,而且当它穿过磁场时可能会转换成光子。在其他情况下,情况可能刚好相反。这些粒子可能正是让这一现象大开方便之门的答案。

现在,一个国际团队正在使用NASA的钱德拉X射线天文台在英仙座星系团中寻找这些轴子存在的迹象。英仙座星系团距离地球约2.4亿光年。如果那里有轴子,那么当它们转换成光子时就会造成X射线能量的扭曲。

“虽然在像星系团这样的巨大结构中寻找像轴子这样的微小粒子听起来是一件不太可能的事情,但它们实际上是很值得寻找的地方,”该研究的合著者David Marsh指出,“星系团在很远的地方都有磁场,它们通常也有明亮的X射线源。把这些特征加在一起之后增加了发现类轴粒子转换的可能性。”

研究小组研究了钱德拉在英仙座星系团上收集的5天多的数据。具体来说,该望远镜测量的是当物质落入星团中心的超大质量黑洞时会在不同能量下产生的X射线强度。如果轴子在那里,那么当它们转换成光子时就会扭曲了光,此时钱德拉应该就能发现它们。

然而不幸的是并没有。虽然这可能意味着轴子不存在,但研究小组也表示,粒子的质量可能比他们测试的还要高,或者它们转化为光子的难度可能没有预期的那么大。

对此,该研究合著者Helen Russell指出,他们的研究并没有排除这些粒子的存在。

相关研究报告已发表在《Astrophysical Journal》上。


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