洛伦兹不变性是狭义相对论的基础假设,它表明在不同惯性系中的物理规律,可以通过洛伦兹变换保持一致。为了统一量子力学和广义相对论,物理学家提出了多种量子引力模型。其中一些认为,在微观尺度下的时空不再是连续的,而是呈现离散的量子化“泡沫”结构。这种泡沫化的量子时空在局域上破坏严格的洛伦兹不变性,导致光子在真空中的传播速度不再是常数c,而是与光子的能量相关。
洛伦兹不变性破缺所产生的这种真空色散效应非常微弱,但通过遥远距离传播的积累,高低能光子的细微速度差可能表现为可探测的到达时间差。因此,发生在宇宙学距离的高能爆发现象——伽马暴被认为是检验洛伦兹不变性破缺的重要平台。
2022年10月9日,高海拔宇宙线观测站(LHAASO,“拉索”)探测到来自迄今最亮伽马暴GRB 221009A的约65 000个能量范围在几百GeV到十几TeV的高能光子,首次精确测量了伽马暴甚高能余辉辐射的全过程。LHAASO合作组通过分析这些甚高能观测数据的能谱时延,发现不同能量光子之间不存在到达时间延迟现象,从而给出了洛伦兹不变性破缺的严格限制。
对于一阶洛伦兹不变性破缺情形,LHAASO得到了与之前最好结果相当的量子引力能标限制;对于二阶洛伦兹不变性破缺情形,LHAASO则将量子引力能标的下限提高了5~7倍。相关论文发表在《物理评论快报》(PRL)上。