利用河外暂现源对爱因斯坦弱等效原理进行最精确检验.PDFVIP

利用河外暂现源对爱因斯坦弱等效原理进行最精确检验 等效原理是爱因斯坦建立广义相对论和引力理论的重要基石。爱 因斯坦等效原理预言，无静止质量或静止质量可以忽略的中性粒子在 引力场中传播，穿越的时间和没有引力场情况是不同的，该效应也被 称为Shapiro 延迟。等效原理可以通过对比河外暂现源同时释放的不 同能量光子在通过同一个引力场所用的时间差来检验，即比较不同能 量光子在银河系引力场中传播对应的后牛顿参数γ值（单位质量引起 的空间弯曲）的差别是否为零 （见图1 ）。紫金山天文台吴雪峰研究 员及其合作团组（主要包括魏俊杰助理研究员、北京师范大学高鹤副 教授以及中科院爱因斯坦讲席教授Peter Mészáros 教授）最近利用不 同种类的河外暂现源，对爱因斯坦弱等效原理进行了最精确的检验。 图1：河外暂现源同时发出的不同能量光子（若γ值存在差异）在银河系引力场中传播最后 到达地球时间不同。 我们首先利用伽玛射线暴不同能量光子的到达时间差，证明能量 为eV （光学波段）、MeV 甚至 GeV （伽玛射线波段）的光子，其对 -7 应的后牛顿参数γ值差别小于10 。该结果比之前相关限制至少提高 -3 了1 个量级。目前在eV 能级上的γ 绝对值最好限制结果是在10 量 级上符合广义相对论（γ=1），该研究结果将这一结论在电磁波谱上从 光学一直延伸到了GeV 能级 （Gao, Wu*, Mészáros, 2015, ApJ, 810, 121 ）。 我们首次提出河外或宇宙学起源的快速射电暴可以被用来精确 检验爱因斯坦等效原理。该工作发现以不同频率的射电光子为检验粒 -8 子时，后牛顿参数γ的差值上限被限制到10 量级（见图2 ）。这一结果 是迄今为止的最好限制结果，比之前相关限制至少要提高了1-2个量 级，并且把对等效原理的检验扩展到了射电波段，从而进一步证明了 等效原理假设的正确性。这一研究论文以主编推荐（Editors Suggestion ）形式于2015 年12 月发表在顶级物理学期刊Physical Review Letters 上（Wei, Gao, Wu*, Mészáros, 2015, PRL, 115, 261101 ）。该成果被《中国科学报》（2015 年12月29 日第6448期） 在头版以“要闻”形式进行报道，此外还被多家国内知名媒体和网络 （如《新华社》）报导。在国际上，此工作被包括P 、ScienceDaily 等10 多家具有广泛影响力的国外媒体所报导。该工作近期还被国际 著名射电天文学家、快速射电暴第一个发现者 Duncan Lorimer 在 2016年2月25 日出版的Nature杂志“News Views ” (vol.530, p.427 ）中 提到：“A large census of FRBs will not only ..., but also map out the cosmic web in great detail11, provide stringent tests of general relativity12,...” （其中引文12就是我们文章）。。 图2：快速射电暴检验爱因斯坦等效原理的结果。 最后，我们还利用TeV blazars将这类检验推广到TeV 能段，相关 结果发表在The Astrophysical Journal Letters上（Wei*, Wang, Gao, Wu*, 2016, ApJL, 818, L2 ）。