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新研究:超光速粒子制造虚空伽马射线

2019-5-2 环球解密

天文学家在一颗脉冲星周围发现明亮的伽马射线辐射,可能是超光速粒子在真空中制造的切伦科夫辐射导致。

钱德拉X射线天文台观测的蟹状星云脉冲星。

根据英国斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde)研究人员的一项新研究,真空中的高能粒子可能与量子真空相互作用产生切伦科夫辐射,并发出明亮的伽马射线。

当高能粒子的速度超过其所在介质中的光子时,带电粒子(比如电子和质子)会产生电磁冲击波。这种效应被称为切伦科夫辐射,例如核反应堆中水会发出蓝光就是由于这个机制导致的。

根据爱因斯坦的相对论,真空中的光速是宇宙中一切物质的极限速度。因此,一般认为切伦科夫辐射不可能在真空中发生。

但是根据量子理论,真空本身充满了“虚拟粒子”,它们会随机突然出现又瞬间消失。因此这些虚拟粒子一般是不可能造成任何物理影响。然而,在脉冲星的极强的电磁场作用下,虚拟粒子可以将真空变成带有介质的量子虚空,并使其中的光速减慢。这样一来,高速带电粒子的速度就可能超过量子虚空中的光速,并制造切伦科夫伽马射线。

斯特拉斯克莱德大学的研究人员发现,量子虚空可以把伽马射线减速到正好足以产生切伦科夫辐射。这意味着脉冲星等强磁场附近的高能粒子所造成的大部分辐射应该都是切伦科夫辐射,而不是目前大家公认的同步辐射。

项目的负责人、蒂诺·雅诺辛斯基(Dino Jaroszynski)教授说:“这个新预测出乎意料而且非常令人兴奋,因为它很可能可以解释星系中心的明亮伽马射线的起源。此外,它也提供了一种全新的方法来测试在极端物理环境下一些最基本的物理理论是否仍然适用。”

论文的第二作者,亚当·诺贝尔(Adam Noble博士)说:“过去我们理所当然的认为没有任何东西可以从纯粹的真空中无中生有。但现代量子物理学否定了这个观点,并且带来了一些惊人的新理论。”

论文的第一作者,博士研究生亚历山大·麦克劳德(Alexander Macleod)说:“量子电动力学的理论预测非常符合实验结果,是实验验证结果最好的物理理论之一。但过去的实验只能在弱电磁场环境中进行。我们的新研究提出了一种在强电磁场环境中验证量子电动力学的方法,并且证明它仍然成立。”

这项新研究最近发表在《物理评论快报》上,并且被选为编辑推荐文章。

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