超弦理论已死？天文学家还没有放弃_风闻

翻译：田程偲

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

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

为了验证超弦理论，天文学家已经探测了英仙座星系团，以寻找一种将有助于支持弦理论的假想粒子——轴子（axion）。然而迄今为止，这种粒子还尚未被发现。

弦理论认为，自然界中所有已知的力、粒子和相互作用都可以通过单一的框架联结起来以理解物理宇宙万物。因此，弦理论也被视为“万物理论（Theory of Everything）”。

以英国剑桥大学的天体物理学家克里斯托弗·雷诺兹（Christopher Reynolds）为首的科研团队通过使用NASA的钱德拉（Chandra）X射线天文台来研究英仙座星系团，试图寻找被称为轴子的超低质量粒子存在的迹象。许多弦理论模型都认为轴子应该存在。

星系团是宇宙中在引力作用下聚集而成的最大结构。瑞典斯德哥尔摩大学大卫·马什（David

Marsh）是论文的合著者之一，他在钱德拉X射线天文台发表的声明中说道：“虽然在星系团之类的庞大结构中寻找像轴子这样微渺的粒子听起来形如大海捞针，但实际上，星系团是寻找轴子的好地方。”

轴子的质量极低，可能是电子质量的百万分之一到零质量不等。除了轴子以外，科研团队同时还在寻找“类轴子”的迹象。“类轴子”是一类与轴子性质相似，但更广泛的超低质量粒子。

此外，这些超低质量粒子在穿过磁场时有时会转换为光子。反过来，在特定条件下，光子也可能转换为轴子。这两种情况都取决于粒子的质量以及粒子转换的难易程度，即可转化性（convertibility）。

钱德拉X射线天文台眼中的英仙座星系团 (credit: NASA/CXC/Univ. of Cambridge/C. Reynolds et al. )

作为这项新研究的一部分，天文学家使用钱德拉太空望远镜研究了由于物质坠入英仙座星系团中心的超大质量黑洞而产生的X射线光谱。

大卫·马什在声明中表示：“星系团含有距离足够大的磁场，而且通常还含有明亮的X射线源。这些特性共同提高了可检测到类轴子转化的机会。”然而，该团队并没有在X射线光谱中发现任何能够表明类轴子存在的畸变。

“我们的研究并不能完全排除这些微粒的存在，但也绝对不利于证实弦理论。”英国诺丁汉大学研究的合著者海伦·罗素（Helen Russell）在声明中说道，“这些约束条件探究了弦理论提出的特性范围，并可能有助于弦理论家完善其理论。”

科研人员表示，这些最新发现还有另一种可能的解释，那就是这些粒子的可转化性比钱德拉太空望远镜能够检测到的要更低或更高。

“直到最近，我还不确定X射线天文学家到底能为弦理论的发展做出多少贡献，但至少我们会发挥重要作用。”克里斯托弗·雷诺兹在声明中说道，“如果我们最后发现了那些粒子，那么物理学将会彻底改变。”

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