洛倫茲不變性是愛(ài)因斯坦相對(duì)論的基本原則，指出物理定律對(duì)于所有觀察者都是相同的，無(wú)論他們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)如何。這一原則意味著真空中的光速是恒定的，不依賴于光子的能量。然而，一些量子引力理論預(yù)測(cè)，在極高能量下，光速可能依賴于能量，導(dǎo)致洛倫茲不變性被違反（LIV）。測(cè)試這一假設(shè)需要觀測(cè)高能天體物理現(xiàn)象，如伽馬射線暴(GRB) 。

伽馬射線暴是宇宙中極其明亮的高能爆炸事件，在短時(shí)間內(nèi)釋放出大量的伽馬射線。由于其極高的亮度和遙遠(yuǎn)的距離，它們成為了探測(cè)基本物理學(xué)，包括檢驗(yàn)洛倫茲不變性的理想實(shí)驗(yàn)室。

如果存在LIV，它可能表現(xiàn)為光速的能量依賴性。從遙遠(yuǎn)GRB發(fā)射的高能光子將根據(jù)它們的能量經(jīng)歷不同的傳播速度。這可能導(dǎo)致到達(dá)地球的不同能量光子之間出現(xiàn)可觀測(cè)的時(shí)間延遲。由于其寬廣的能譜和遙遠(yuǎn)的距離，GRB是測(cè)試LIV的理想對(duì)象。從暴發(fā)中同時(shí)發(fā)射的光子將在太空中傳播數(shù)十億年，即使光速出現(xiàn)微小的偏差，也會(huì)導(dǎo)致高能和低能光子到達(dá)地球探測(cè)器的明顯時(shí)間延遲。

我國(guó)的高海拔宇宙射線觀測(cè)站（LHAASO）是一個(gè)多組件設(shè)施，旨在探測(cè)各種能量的伽馬射線。其水切倫科夫探測(cè)器陣列對(duì)超高能伽馬射線特別敏感，為研究TeV能區(qū)的伽馬射線天空提供了前所未有的機(jī)會(huì)。

2022年10月9日觀測(cè)到的GRB 221009A是一個(gè)異常明亮的GRB，為科學(xué)家提供了大量分析數(shù)據(jù)。LHAASO探測(cè)到了該暴發(fā)的超早期TeV余輝，記錄了有史以來(lái)從GRB獲得的最高TeV能帶光子統(tǒng)計(jì)量。這一獨(dú)特的數(shù)據(jù)集使研究人員能夠?qū)IV進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試。

LHAASO 合作組利用 GRB 221009A 的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)光速的能量依賴性進(jìn)行了嚴(yán)格的約束。通過(guò)分析不同能量光子的到達(dá)時(shí)間，他們可以測(cè)試光速是否存在任何偏離預(yù)期的恒定值的情況。分析重點(diǎn)關(guān)注線性和二次 LIV 效應(yīng)，這些效應(yīng)由不同的量子引力理論預(yù)測(cè)。

LHAASO 觀測(cè)結(jié)果具有突破性意義。95% 置信水平下的量子引力能量尺度下限為：

• 對(duì)于線性 LIV 效應(yīng)：E_{QG,1} > 10×E_{Pl}

• 對(duì)于二次 LIV 效應(yīng)：E_{QG,2} > 6×10^{-8} E_{Pl}

其中，E_{Pl}代表普朗克能量。這些對(duì)二次 LIV 情況的限制比之前的最佳限制提高了5到7倍。如此嚴(yán)格的約束顯著推進(jìn)了我們對(duì)潛在 LIV 的理解，并為量子引力的性質(zhì)提供了寶貴的見(jiàn)解。

LHAASO 對(duì) GRB 221009A 的觀測(cè)結(jié)果對(duì)理論物理學(xué)和未來(lái)的天體物理觀測(cè)具有深遠(yuǎn)影響。對(duì) LIV 的嚴(yán)格限制挑戰(zhàn)了許多現(xiàn)有的量子引力理論，并推動(dòng)了我們對(duì)基本物理學(xué)的理解。此外，這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了高能天體物理現(xiàn)象在測(cè)試基本物理原則中的重要性。(www.ws46.Com)

總而言之，LHAASO 對(duì) GRB 221009A 的觀測(cè)代表了尋找洛倫茲不變性違反的一個(gè)重要里程碑。通過(guò)提供迄今為止對(duì)光速能量依賴性的最嚴(yán)格約束，這些觀測(cè)為量子引力的性質(zhì)和基本物理定律提供了關(guān)鍵見(jiàn)解。未來(lái)對(duì)類似高能事件的觀測(cè)將繼續(xù)在測(cè)試和完善我們對(duì)宇宙的理解中發(fā)揮重要作用。