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引力中心基础物理团队给出洛伦兹破缺系数新限制

发布时间:2016-08-14          来源:办公室           浏览次数:

  物理学权威学术期刊《物理评论快报》在线发表物理学院引力中心团队近距离引力实验探索洛伦兹破缺效应的最新研究成果《近距离引力中洛伦兹破缺的联合探究》(Combined search for Lorentz violation in short-range gravity)。


  该论文的第一作者为物理学院邵成刚教授,第二作者为学院2014级博士生谈玉杰,罗俊院士、西澳大学Michael Edmund Tobar教授、印第安纳大学J.C. Long教授和印第安纳大学V. Alan Kostelecký教授为共同通讯作者。


  自然界存在着四种基本相互作用力,其中强、弱和电磁三种相互作用力由粒子物理的标准模型描述,引力相互作用由广义相对论描述,但它比其它三种基本相互作用力要弱得多,这导致人们对引力本质的认识非常有限。广义相对论作为一个经典理论,它与量子力学虽然并未完全融合,但人们相信存在一个更基本的量子引力理论,用它可以统一地描述引力与量子物理。作为广义相对论重要基础的局域洛伦兹不变性,实质上是指在一个自由下落框架下的转动和推动对称性。然而,若要实现引力与量子物理的统一,如潜在的统一理论--弦理论中,广义相对论的基石需要被修改,这些修改可能导致可观测的洛伦兹不变性破缺效应。因此,引力的洛伦兹对称性实验检验为人们提供了新的视角来探究广义相对论之外的物理结构。


  在地面实验中,亚毫米尺度下的近距离实验为探究纯引力部分的洛伦兹破缺提供了极大的方便。在理论分析上,有效场理论表明洛伦兹破缺等效系数有14个独立自由度。我校和印第安纳大学在2015年根据各自早期的近距离实验结果分别在10-7到10-8m2水平对这些破缺系数给出了限制。然而,任何一个近距离的实验均只能测量9个信号分量,不能同时限制14个破缺系数。


  引力中心研究团队提出:将国际上多个近距离引力实验联合起来分析,有望对各个破缺系数给出独立的限制。该团队自2000年以来就致力于采用精密扭秤技术检验两个非常近距离下平板间的牛顿引力定律。经过十几年的努力,该团队将毫米及亚毫米区间上牛顿引力定律的检验均做到了国际领先水平。2016年,在引力中心团队给出牛顿反平方定律检验实验的最新高精度结果HUST-2015(Phys. Rev. Lett.116(2016)131101)后,该团队同时结合他们2012年的实验结果HUST-2011,及印第安纳大学的实验结果(IU-2012和IU-2002),进行了一个联合的数据分析。首次实现了对14个洛伦兹破缺系数的独立测量,在10-9m2的水平下仍然没有观测到洛伦兹破缺效应,这是目前国际上给出的最好的洛伦兹破缺系数限制,该成果的取得是引力中心开展国际合作研究的典型事例。


  邵成刚教授是物理学院培养多年的优秀青年教师,自1999年便加入罗俊院士带领的精密引力实验研究团队,一直从事引力理论与实验研究方面的工作。他在引力研究方面取得了一系列成果,引起国内外相关学者的广泛关注,启发了不少后续研究。该工作得到了国家973计划、自然科学基金、“111”计划及华中科技大学等各方面的支持。

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