超弦理論已死？天文學家還沒有放棄_風聞

翻譯：田程偲

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://www.space.com/astronomers-test-string-theory-chandra-x-ray-telescope.html

為了驗證超弦理論，天文學家已經探測了英仙座星系團，以尋找一種將有助於支持弦理論的假想粒子——軸子（axion）。然而迄今為止，這種粒子還尚未被發現。

弦理論認為，自然界中所有已知的力、粒子和相互作用都可以通過單一的框架聯結起來以理解物理宇宙萬物。因此，弦理論也被視為“萬物理論（Theory of Everything）”。

以英國劍橋大學的天體物理學家克里斯托弗·雷諾茲（Christopher Reynolds）為首的科研團隊通過使用NASA的錢德拉（Chandra）X射線天文台來研究英仙座星系團，試圖尋找被稱為軸子的超低質量粒子存在的跡象。許多弦理論模型都認為軸子應該存在。

星系團是宇宙中在引力作用下聚集而成的最大結構。瑞典斯德哥爾摩大學大衞·馬什（David

Marsh）是論文的合著者之一，他在錢德拉X射線天文台發表的聲明中説道：“雖然在星系團之類的龐大結構中尋找像軸子這樣微渺的粒子聽起來形如大海撈針，但實際上，星系團是尋找軸子的好地方。”

軸子的質量極低，可能是電子質量的百萬分之一到零質量不等。除了軸子以外，科研團隊同時還在尋找“類軸子”的跡象。“類軸子”是一類與軸子性質相似，但更廣泛的超低質量粒子。

此外，這些超低質量粒子在穿過磁場時有時會轉換為光子。反過來，在特定條件下，光子也可能轉換為軸子。這兩種情況都取決於粒子的質量以及粒子轉換的難易程度，即可轉化性（convertibility）。

錢德拉X射線天文台眼中的英仙座星系團 (credit: NASA/CXC/Univ. of Cambridge/C. Reynolds et al. )

作為這項新研究的一部分，天文學家使用錢德拉太空望遠鏡研究了由於物質墜入英仙座星系團中心的超大質量黑洞而產生的X射線光譜。

大衞·馬什在聲明中表示：“星系團含有距離足夠大的磁場，而且通常還含有明亮的X射線源。這些特性共同提高了可檢測到類軸子轉化的機會。”然而，該團隊並沒有在X射線光譜中發現任何能夠表明類軸子存在的畸變。

“我們的研究並不能完全排除這些微粒的存在，但也絕對不利於證實弦理論。”英國諾丁漢大學研究的合著者海倫·羅素（Helen Russell）在聲明中説道，“這些約束條件探究了弦理論提出的特性範圍，並可能有助於弦理論家完善其理論。”

科研人員表示，這些最新發現還有另一種可能的解釋，那就是這些粒子的可轉化性比錢德拉太空望遠鏡能夠檢測到的要更低或更高。

“直到最近，我還不確定X射線天文學家到底能為弦理論的發展做出多少貢獻，但至少我們會發揮重要作用。”克里斯托弗·雷諾茲在聲明中説道，“如果我們最後發現了那些粒子，那麼物理學將會徹底改變。”

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