x射线望远镜寻找万物理论的证据

时间:2020-04-06 18:38 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

x射线望远镜寻找万物理论的证据

找到一种方法把相互矛盾的科学模型统一到“万有理论”中,本质上是物理学的圣杯。现在,美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的一个观测站对这些理论进行了首批实验测试之一,在天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,它就崩溃了。例如,最大的漏洞之一是它没有覆盖重力。

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,当它在量子尺度上遇到奇怪的东西时,它也开始崩溃。

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,比如爱因斯坦和斯蒂芬·霍金。

其中一个主要的竞争者被称为“弦理论”。简而言之,我们可以认为只是一个“点”的每一个粒子实际上都是一维弦的尖端。粒子的性质,例如它的质量和电荷,是由弦的振动方式决定的。

弦理论有很多不同的版本,其中一些比其他的更有可能。问题是,很难找到任何支持的证据,导致许多科学家认为这种追求是毫无意义的。毕竟,科学方法不喜欢那些不可测试的想法。

但也许还是有线索的。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,而且奇怪的是,当它穿过磁场时,可能会转换成光子。在其他情况下,情况可能正好相反。而这些粒子可能正是让案子大开方便之门的东西。

一个国际团队现在使用美国宇航局的钱德拉x射线天文台在英仙座星系团中寻找这些轴子的迹象,英仙座星系团距离地球约2.4亿光年。如果那里有轴子,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,”该研究的合著者戴维?马什(David Marsh)说。“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。这些特性加在一起,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超过5天的数据。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,在不同能量下产生的x射线强度。如果轴子在那里,当它们转换成光子时扭曲了光,钱德拉应该能够发现它们。

不幸的是,它没有。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要高,或者它们转化为光子的难度可能没有预期的那么大。

“我们的研究并没有排除这些粒子的存在,但这肯定对他们的情况没有帮助,”该研究的合著者海伦·罗素(Helen Russell)说。“这些约束挖掘了弦理论提出的属性范围,可能会帮助弦理论家淘汰他们的理论。”

这并不是返回空结果的惟一轴搜索实验。其他人试图检测它们在等离子室中的电磁振荡,它们对中子自旋的影响,或者它们在不应该存在磁场的地方产生磁场的能力。总之,这些发现可能有助于缩小搜索范围。

如果它们被发现,轴子可以解决许多不同的物理问题。它们不仅是弦理论的证据,而且可以解释暗物质,以及为什么宇宙中物质远多于反物质的原因。

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