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紫台吴雪峰博士与合作者提出最新的量子引力能标下限“1.3 X 10^18 GeV”
2009年05月08日

美国宇航局的Fermi伽玛射线大面积空间望远镜于2008年6月发射。在上天3个多月后的9月6号,Fermi探测到来自红移4.3处的伽马射线暴GRB 080916C发出的伽玛光子,并捕捉到来自该暴的14个能量高于GeV的伽玛光子。此工作已于2009年3月27日以“Research Article”形式发表在Science杂志上(第323卷,第1688-1693页)。在宾夕法尼亚州立大学访问的紫金山天文台 -南京大学“粒子-核-宇宙学联合研究中心”的吴雪峰博士参与了这一工作。在此工作中,他和Peter Meszaros教授利用观测到的13.22GeV光子相对于MeV光子达到探测器的16.54秒时间差,得到最新的量子引力能标下限,为1.3 X 10^18 GeV。此新的量子能量下限和目前最高的伽玛暴洛伦兹因子下限(>890)是这一研究工作的2个理论闪光点。

洛伦兹对称性/不变性是爱因斯坦狭义相对论的基本假定,即在非加速坐标系中系统作洛伦兹变换(旋转和平移)其相关的物理规律不变。粒子物理标准模型和爱因斯坦广义相对论都存在局部的洛伦兹不变性。然而,基于以上2大微观和宏观基本理论之上的标准模型扩展(Standard Model Extension)却允许存在洛伦兹不变性破缺。根据一些量子引力模型,时空不再平滑,而是在微观尺度上(通常认为是普朗克尺度)由于量子效应而呈离散量子泡沫结构。这样的量子时空等效于一种色散介质:能量高的光子在其中穿行的速度比能量低的光子要小一点点。假设在发射源所有光子同时发出,则利用探测到的不同能量光子的到达时间差,我们可以推算出量子引力能标的下限。理论上,量子引力能标的自然值是普朗克能量,即1.22x 10^19 GeV。因此我们用GRB 080916C的数据得到的量子引力能标下限仅仅比普朗克能量低一个量级,同时比以前用其它源但用同样的飞行差方法得到的下限高一至两个量级。

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