爱好登山喜欢历史的北大女生:用轴子假说解释拉索发现的最亮伽马暴
2022年10月9日,宇宙深处传来的、史上最亮的伽马射线暴(GRB221009A),不偏不倚地被“拉索”捕捉到。“拉索”(LHAASO)成为全球唯一一个探测到这场伽马射线暴的地面探测器。近日,北京大学物理学院2020级本科生王洛涵在物理学院马伯强教授的指导下,研究用类轴子(一种假想粒子)粒子假说解释“拉索”观测站探测到来自遥远星系的10万亿电子伏特量级高能光子的可行性。结果显示,类轴子与光子的转化机制能够显著提高河外高能光子到达地球的概率,有效解释“拉索”的观测结果,或成为支持类轴子粒子存在的证据。相关成果于2023年7月5日在线发表于《物理评论D》杂志上。
一名本科生就能发表如此高深的论文,她究竟是个怎样的“学霸”?在采访了王洛涵以及该项目的导师、本篇论文的通讯作者、北京大学物理学院教授马伯强之后,记者发现这个大三女生不但研究高深的物理学,还喜欢爬雪山,并且懂话剧、爱艺术,并非刻板印象中的理科生。
为暗物质存在提供证据 修正著名标准模型理论
根据由众多物理学家通过理论和实验探索建立的标准模型理论,高能光子,即能量高于0.1万亿电子伏特的光子,在宇宙中传播的过程中,会与背景光子湮灭生成正负电子对,从而让人们无法观测到来自遥远星系的高能光子。
但“拉索”近年却多次观测到远超0.1万亿电子伏特的光子,这暗示着其中可能存在新的物理机制,例如物理学界著名暗物质假想粒子模型之一“轴子和类轴子”的存在。
2022年10月9日,位于四川稻城的高海拔宇宙线观测站“拉索”观测到了有史以来最亮的伽马射线暴,其中最高能量高达18万亿电子伏。这是在国际上首次探测到10万亿量级的伽马暴光子,对研究伽马暴的高能机制和超出标准模型的新物理提供了契机。
王洛涵通过研究,假设高能光子之所以能被看到,是因为它们在宇宙旅行中会“分身”为轴子与光子,从而规避了标准模型中的被湮灭理论。具体来说,就是一束高能光子在穿过源星系磁场时,由于磁场原因,能转化为轴子与光子的混合束,从而部分避免了被河外背景光吸收,而这些被吸收的轴子最终在穿过银河系磁场时,再次转化为高能光子,使地球上的观测者能探测到它们,也就是10万亿电子伏特量级的高能光子。
王洛涵这一研究成果,是对标准模型概率(亿分之一)的显著修正,或成为支持类轴子粒子存在的证据。如若能证实此类假想中的暗物质存在,对人类理解宇宙形成、推进粒子物理研究等将有巨大帮助。该成果也得到了学界肯定,7月5日在《物理评论D》上进行了发表。要知道,《物理评论D》是基础粒子物理、场论、引力和宇宙学领域的领先期刊,也是高能物理领域被引用最多的期刊之一。
北大物理学院女生极少 王洛涵是其中优秀的一员
指导王洛涵完成这项研究的,是北京大学物理系教授马伯强。他是“拉索”合作组的成员之一。
据马伯强教授介绍,2021年5月,“拉索”首次发现1400万亿电子伏特的高能光子,也就是当时人类看到的最高能量光子后,他的研究组就试图把这个观测结果与轴子关联起来。2022年10月9日,通过“拉索”,人类首次探测到超过10万亿电子伏特的伽马暴高能光子,他和研究组成员感觉把高能宇宙光子与轴子关联的时机比较成熟,于是首先在《中国物理快报》发表论文,把“拉索”观测到千万亿电子伏特和万亿电子伏特量级光子与轴子的关联做了讨论。
王洛涵也就是从那时候开展对具体计算做检查,在深入研究的基础上,完成了利用轴子解释伽马暴超过10万亿电子伏特光子的理论计算。她和马伯强教授在今年4月完成了论文并投稿,7月5日正式刊出。
谈到王洛涵,马伯强教授毫不吝啬自己的夸赞:“北大物理学专业,女生比例只占十分之一还少,王洛涵就是其中一位优秀的女生。这篇理论文章的作者只有她与我,她不是简单参与研究,而是为这篇文章的诞生作出了实质和全面的贡献。”
在指导王洛涵进行研究的过程中,马伯强发现了她的勤奋与天赋,“王洛涵靠勤奋学习,很快掌握了相关知识要点,并能完成具体的计算。这是完成这篇理论文章的基础。”
据马伯强介绍,王洛涵在大三的上半学期,就完成了另外一篇学术论文,并在中国科学基金委员会发行的《基础科学》刊物在线发表。这篇论文题为《本福特定律的简明证明》,作出了本福德定律的简明证明,并提供了一个判断分布是否服从该定律的判据。
王洛涵:在物理中探索自然之美
王洛涵的朋友圈和想象中的并不太一样。除了转载一些物理学科研文章外,她还常常分享一些不符合“理科生刻板印象”的爱好——她喜欢去北京人艺看戏,旁听历史系课程,还拥有二级运动员证书,曾登顶过昆仑山脉海拔6525米的克孜色勒峰。
那么,这样一个有着丰富“底色”的学霸为什么会选择物理专业?对学业和研究又有怎样的见解?
记者:当初进大学时为什么选择物理学专业?
王洛涵:因为对自然科学感兴趣。我在高中时参加过一个实验比赛,比赛内容是在规定的时间内,根据有限的信息,自主设计实验方案,从而测定某些物理量。这是我首次脱离课本和课堂去身体力行地“探索自然”。它让我认识到,自然是美的、神奇的,更重要的是,这种神奇与美是可以被人认知的。上了大学之后,我对自然之美有了更进一步认识,并且对理论物理比较感兴趣,后来师从现在的导师。
记者:请介绍一下这项与暗物质有关成果的研究历程,在研究推进的过程中是否遇到过困难或者挑战?
王洛涵:遇到的困难还是挺多的,有时会怀疑这个工作是不是太难了,这真的是我能干的吗?但是后来也发现,一个很大的问题可以分解成很多小问题,其中又分为核心的部分和细节而琐碎的部分,决定我能否完成一个任务的关键是这个问题的核心部分在不在我的能力范围内,而大部分细节问题属于有志者事竟成的部分,只要不放弃就能解决。很幸运的是这个研究的“核心部分”恰好在我的能力范围之内。
记者:顺利完成这项研究工作感觉有什么收获?
王洛涵:让我对科研有了更进一步的认识。也让我认识到,平时学习和思考的用处是提高自己解决“核心问题”的能力,以备解决随时会遇到的新问题。
记者:女孩子学物理的比较少,你个人如何理解这种“比较艰难”的学科?有什么经验和建议可以分享给其他想要学习物理、进行基础研究的女孩吗?
王洛涵:我的回答是学习物理适合于所有高中生。在大学学物理专业需要付出很多时间、精力和努力,但如果你能在其中感受到自然之美、数学之美,那么这种付出就是值得的。
如果你感觉不到自然科学的美,只能感到学业的压力和学习的困难,那就说明这个专业不适合你,应该尽早转行,但是不需要把它和智商、能力关联起来,这仅仅是人们的一种偏见。
如果你在研究的过程中兴趣转移了,觉得科研并没有那么有意思,其实也不需要一条路走到黑,毕竟当初选择物理专业就有点理想主义的色彩,是为了理想和乐趣而选的专业,所以我们的初心应该是坚持当初追求理想的勇气,而不是执着于某个具体的事物。
华西都市报-封面新闻记者 闫雯雯 谭羽清
相关推荐
黑龙江饶河再现野生东北虎足迹
四川内江市市中区发生3.2级地震 震源深度10千米
海南将迎来春节前出岛车客高峰 各港口出岛秩序总体平稳
(新春走基层)“喜迎全运会 瑞蛇贺新春”新春庙会在广州举行
羊角把、牛角、十字扣,春运涨知识→小设计大用途
岁暮冰嬉 寒尽春生 这些“速度与激情”谁看了不想玩一把?
“家门口能挣钱,好日子有盼头”(新春走基层)
国家中医药局:九成以上三级妇幼保健院设置中医类临床科室
湖南零陵腊肉飘香年味浓 供销两旺助增收
春节临近 你的家乡举办哪些活动?一起来寻找年味儿→
新春走基层丨让每一盏车灯都安然明亮 他们是“魔鬼风口”的风雪护路人
中国将386.7万家固定污染源纳入排污许可管理
- 最近发表
-
- 随机阅读
-
- 一揽子增量政策集中发力 我国外贸实现平稳增长
- 他们一夜未睡 为临时安置点的群众做好保障工作
- 新疆阿克苏地区拜城县发生3.0级地震 震源深度11千米
- 理性看待医美需求 谨慎选择医美消费(服务窗)
- 中国发布更大力度吸引和利用外资行动方案
- 大规模停电、核电站停运!阿根廷超2000万人受影响
- 滇南儒学碑刻拓片展昆明启幕 展民族交往交流交融历史
- “虎娃”在吉林黄泥河国家级自然保护区“安家落户”
- 网上找个“搭子”一起旅游靠谱吗
- 克宫:黑海粮食协议的工作仍在继续,但看不到积极前景
- 车展听潮:新老玩家打响变革“发令枪”
- 3月广州商业地产成交量环比大幅上升
- 加美交界河域发现八名偷渡者遗体
- 春运中国72亿人次自驾出行 今年特点有“三多”
- 博物馆探寻历史:江门五邑先侨搭起中美交流的桥梁
- 数百车位打包出售损害业主合同无效
- 外媒:美国一飞机坠毁并起火 机上载有两人
- 越共中央决定对前国家主席阮春福给予纪律处分和警告
- 破坏安全的“三边安全伙伴关系”
- 哈萨克斯坦将派8名选手参加2023年世界田径锦标赛
- 热门推荐
-
- 重庆万州19条道路出现塌方 受阻道路已抢通3处
- 中国石化成为哈萨克斯坦聚乙烯项目股东
- 台湾云林发生游览车与轿车碰撞事故 造成4死22轻伤
- “体育+旅游”释放今夏新活力
- 湖南农大博士团田间地头“开方” 献策乡村振兴
- 运动中突发不适 体力不支还是猝死前兆?
- 新一批京彩绿色消费券6月3日10时起发放 最多领取五张共1600元
- 心脏支架集采的亮眼“成绩单”带来哪些启示
- “雕琢”一碗粉 搬运桂林味
- 西安城墙旁的社区慈善食堂:慈善力量助“老有所乐”“弱有所扶”
- 加拿大审计报告指永久居留申请积压严重 普遍需漫长等待
- 世界经合组织:每晚睡足8小时的学生最幸福
- 上海顶升高度最高的工程将开始施工 完善浦西中心城区快速路网
- 凡人微光|书的这边,山的那边
- 2月18日,全社会跨区域人员流动量完成21557万人次
- 网络文学大有可为也大有作为
- 马面裙:从传统服装到国潮顶流
- 商务部回应欧盟电池法生效:希望避免形成新的贸易壁垒
- 川西高原西北地区东部等地有大风
- 甘肃庆阳加速实现住权产权零距离优化营商环境