2023年，美國宇航局的OSIRIS-REx任務(wù)返回了在近地小行星本努上收集的塵埃和巖石樣本。除了從樣本本身收集到的關(guān)于宇宙的信息外，OSIRIS-REx產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也可能提供一個探索新物理學的機會。正如《通信物理學》雜志所描述的那樣，由洛斯阿拉莫斯國家實驗室領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組利用小行星的跟蹤數(shù)據(jù)來研究宇宙中可能存在的第五種基本力。

該論文的第一作者蔡玉代(Yu-Dai Tsai)說:“解釋我們從追蹤Bennu中看到的數(shù)據(jù)有可能增加我們對宇宙理論基礎(chǔ)的理解，有可能改變我們對物理學、引力和暗物質(zhì)標準模型的理解。”“物體的軌跡通常具有異常特征，這對發(fā)現(xiàn)新的物理學很有用?！?/p>

考慮到對行星防御的影響，近地小行星被密切跟蹤。該團隊將OSIRIS-REx任務(wù)之前和期間收集的地面跟蹤數(shù)據(jù)應(yīng)用于對物理標準模型擴展的探測，該模型描述了宇宙中四種已知基本力中的三種。

自1999年貝努被發(fā)現(xiàn)以來，光學和雷達天文測量數(shù)據(jù)在一定程度上幫助確定了它的軌跡。OSIRIS-REx任務(wù)提供了x波段輻射測量和光學導(dǎo)航跟蹤數(shù)據(jù)。

意大利特倫托大學(University of Trento)助理教授、該論文的合著者桑尼·瓦格諾齊(Sunny Vagnozzi)說:“我們已經(jīng)實現(xiàn)的嚴格限制很容易轉(zhuǎn)化為對湯川型第五力的最嚴格限制?！薄斑@些結(jié)果突出了小行星跟蹤作為尋找超輕玻色子、暗物質(zhì)和標準模型的幾個良好擴展的有價值的工具的潛力?！?/p>

異常導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)

天體的運行軌跡受到重力和其他因素的影響。了解軌跡的物理學可以揭示奧秘，特別是在軌跡中有異常的地方。眾所周知，早在海王星被觀測到之前，人們就通過觀察附近天王星軌道的不規(guī)則性推斷出了海王星的存在。

利用軌跡數(shù)據(jù)和Bennu跟蹤的結(jié)果模型，研究小組的分析建立了對可能的第五種力的限制，以及潛在的中介粒子(如超輕玻色子)在第五種力中的作用?？赡茏饔糜诘谖宸N力的中介粒子的存在會出現(xiàn)在像Bennu這樣的小行星改變的軌道上，這就是為什么研究跟蹤數(shù)據(jù)對物理學如此重要。

像超輕玻色子這樣的新粒子可能代表了標準模型的延伸，包括暗物質(zhì)和暗能量，這是宇宙學和天體物理學觀測強烈建議的，但尚未被納入一般框架。雖然暗物質(zhì)被認為約占宇宙總物質(zhì)的85%，但科學界仍不確定是什么粒子和力構(gòu)成了暗物質(zhì)。

下一站:阿波菲斯

Tsai和其他人在2023年發(fā)表在《宇宙學與天體粒子物理學雜志》上的研究中，首先探索了小行星的第五力物理探測，然后才解決了Bennu。該團隊計劃未來在“本努”的基礎(chǔ)上，追蹤阿波菲斯小行星，它將于2029年在距離地球2萬英里的范圍內(nèi)經(jīng)過。

美國宇航局的OSIRIS-APEX宇宙飛船將接近小行星并揚起塵埃。在阿波菲斯掠過地球時，地球引力對其影響的觀測將為繼續(xù)尋找第五力物理提供數(shù)據(jù)。

該團隊正在考慮新的空間量子技術(shù)和專門的太空任務(wù)，以提高跟蹤精度或直接搜索暗物質(zhì)。