近日，物理学知名期刊《Physics Letters B》在线发表北京大学物理学院博士生宋翰林与郑州大学物理学院马伯强教授的合作研究论文 ——《Carpet-3 300 TeV 光子事件作为洛伦兹对称性破缺的证据》（“Carpet-3 300 TeV Photon Event as an Evidence for Lorentz Violation”）。研究团队借助国际 Carpet-3 合作组对史上最亮伽马射线暴（GRB 221009A）的观测数据，结合严谨理论推导与数据建模，为 “洛伦兹对称性在接近普朗克能标下存在破缺” 提供关键性观测证据，标志我国在量子时空本质探索这一基础物理前沿领域取得重要突破。

作为现代物理学的核心基石，洛伦兹对称性源于爱因斯坦狭义相对论，其核心主张 “物理规律在所有惯性参考系中保持一致，且真空光速不随能量变化”。然而，诸多量子引力理论预测：在接近普朗克能标（物理学中量子效应与引力效应兼具的临界尺度）的极高能量域，时空可能呈现离散或非连续特性，进而导致洛伦兹对称性出现微小破缺 —— 最直接的表现便是 “光子速度随能量产生极其微弱的变化”。这一猜想长期缺乏观测验证，成为量子引力研究的关键瓶颈。

本次研究的核心观测基础来自 Carpet-3 合作组 2025 年 2 月公布的突破性数据：在 GRB 221009A “瞬时辐射” 发生 4536 秒后，探测到一个能量高达 300 TeV（即 300 万亿电子伏特）的光子。这是人类迄今发现的伽马暴关联最高能光子，而该伽马暴的红移 z~0.151（对应距离地球约 24 亿光年），按传统宇宙背景光吸收模型，如此高能量的光子在长途传播中会与背景光的光子相互作用而被吸收，根本无法抵达地球。这一 “幸存光子” 的观测结果，对现有物理框架构成严峻挑战，而洛伦兹对称性破缺被认为是最具潜力的解释方向之一。

针对这一罕见观测样本，马伯强教授团队开展系统性攻关：创新性搭建 “多能段数据融合” 分析框架，既纳入 300 TeV 光子的精确时空探测信息，又整合同一伽马暴及其他伽马暴在 GeV-TeV 能段的观测数据形成交叉验证；同时引入全新内禀时间延迟模型，通过贝叶斯统计方法完成高精度参数估计。分析结果显示，该 300 TeV 光子的传播特征与 “亚光速型” 洛伦兹破缺图景高度吻合，对应的洛伦兹破缺能标约为 3×10¹⁷ GeV—— 这一尺度距离普朗克能标（~10¹⁹ GeV）仅相差两个数量级，标志人类对量子时空的探测已逼近核心能量域。

该项研究的科学意义深远：其一，破解 “超高能光子如何穿越宇宙学距离抵达地球” 的长期谜题，提供了跳出传统框架的全新物理视角；其二，将洛伦兹对称性检验的能量范围从 GeV-TeV 能段提升至 300 TeV 极高能域，大幅拓宽量子引力现象学的探测边界；其三，首次确立 GRB 221009A 作为探索量子时空规律的 “天然实验室”，为后续研究提供关键观测靶点。

作为论文第一作者的宋翰林（北京大学）与通讯作者马伯强（郑州大学）的合作成果，不仅彰显我国科研团队在 “超高能天体物理 - 量子引力” 交叉前沿的引领性实力，更搭建起 “天体观测现象” 与 “基础物理理论检验” 的坚实桥梁，为全球量子时空探索提供重要中国方案。

论文原文链接

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2025.139959

该团队先前分析GeV-TeV量级的伽马暴光子数据获得成果的新闻报道链接

https://news.pku.edu.cn/jxky/06a3db9ae61145d0941fee659a8e5071.htm