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科技報導

科學利用X射線望遠鏡尋找“萬有理論”證據



據外媒報導,找到一種方法把相互矛盾的科學模型統一到“萬有理論(Theory of Everything)”中本質上是物理學領域的聖杯。現在,NASA的一個天文台對這些理論進行了首批實驗測試之一,即在太空中搜尋可能將宇宙聯繫在一起的假想粒子的證據。

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粒子物理學的標準模型雖然在解釋宇宙的納米尺度上做得很好,但當它上升到宏觀尺度時就是另外一回事情了,比如其最大的漏洞之一就是它沒有覆蓋重力。

而在天平的另一端,阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論在描述行星、恆星、星系和星系團等大質量物體的物理學方面被證明是有彈性的。不幸的是,當它面對量子尺度時也開始崩潰。

幾十年來,科學一直無法將這兩個截然不同的領域合為一體。事實上,對萬物統一理論的探索耗費了近代一些頂尖學者的大部分工作時間,比如愛因斯坦、斯蒂芬·霍金。

其中一個主要競爭者被稱為“超弦理論”。超弦理論有多個不同的版本,雖然一些看起來比其他更有可能性,但問題是還是很難找到任何支持的證據,這使得許多科學家認為這種追求是毫無意義的。

但也許還是有存在線索的。超弦理論預言了一種叫做軸子的假想粒子的存在,它的質量非常小,而且當它穿過磁場時可能會轉換成光子。在其他情況下,情況可能剛好相反。這些粒子可能正是讓這一現像大開方便之門的答案。

現在,一個國際團隊正在使用NASA的錢德拉X射線天文台在英仙座星系團中尋找這些軸子存在的跡象。英仙座星系團距離地球約2.4億光年。如果那裡有軸子,那麼當它們轉換成光子時就會造成X射線能量的扭曲。

“雖然在像星系團這樣的巨大結構中尋找像軸子這樣的微小粒子聽起來是一件不太可能的事情,但它們實際上是很值得尋找的地方,”該研究的合著者David Marsh指出,“星系團在很遠的地方都有磁場,它們通常也有明亮的X射線源。把這些特徵加在一起之後增加了發現類軸粒子轉換的可能性。”

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錢德拉X射線天文台拍攝的英仙座星系團X射線圖像

研究小組研究了錢德拉在英仙座星系團上收集的5天多的數據。具體來說,該望遠鏡測量的是當物質落入星團中心的超大質量黑洞時會在不同能量下產生的X射線強度。如果軸子在那裡,那麼當它們轉換成光子時就會扭曲了光,此時錢德拉應該就能發現它們。

然而不幸的是並沒有。雖然這可能意味著軸子不存在,但研究小組也表示,粒子的質量可能比他們測試的還要高,或者它們轉化為光子的難度可能沒有預期的那麼大。

對此,該研究合著者Helen Russell指出,他們的研究並沒有排除這些粒子的存在。

相關研究報告已發表在《Astrophysical Journal》上。