近地小行星数据有助于探索宇宙中可能存在的第五种力量
2023 年，NASA 的 OSIRIS-REx 任务带回了在近地小行星 Bennu 上收集的尘埃和岩石样本。除了从样本本身收集到的有关宇宙的信息外，OSIRIS-REx 产生的数据也可能为探索新物理学提供机会。正如《通讯物理学》所述，由洛斯阿拉莫斯国家实验室领导的一个国际研究小组利用小行星的跟踪数据研究了宇宙中第五种基本力的可能存在。“解读追踪贝努所获得的数据，有可能加深我们对宇宙理论基础的理解，并有可能重塑我们对物理学标准模型、引力和暗物质的理解，”论文第一作者蔡玉岱说道。“物体的轨迹经常会出现异常，这些异常可能有助于发现新的物理学。”
鉴于对行星防御的影响，近地小行星受到密切跟踪。该团队将 OSIRIS-REx 任务之前和期间收集的地面跟踪数据应用于对标准物理模型扩展的探索，该模型描述了宇宙中已知的四种基本力中的三种。
自 1999 年发现贝努以来，光学和雷达天体测量数据有助于限制或在一定程度上精确地确定它的轨迹。OSIRIS-REx 任务贡献了 X 波段辐射测量和光学导航跟踪数据。
“我们实现的严格限制很容易转化为对汤川型第五力的一些最严格限制，”意大利特伦托大学助理教授、论文合著者桑尼·瓦格诺齐 (Sunny Vagnozzi) 表示。“这些结果凸显了小行星追踪作为寻找超轻玻色子、暗物质和标准模型的几个良好扩展的宝贵工具的潜力。”
异常导致发现
天体的轨迹受到重力和其他因素的影响。了解轨迹的物理原理可以揭示谜团，尤其是轨迹异常的地方。众所周知，早在实际观测到海王星之前，人们就通过观察附近天王星轨道的不规则性推断出海王星的存在。
利用轨迹数据和追踪贝努所得到的模型，研究团队的分析确定了可能存在的第五种力以及潜在中介粒子（如超轻玻色子）在第五种力中的作用。可能对第五种力起作用的中介粒子的存在将出现在像贝努这样的小行星的改变轨道上，这就是为什么研究追踪数据对物理学如此重要的原因。
超轻玻色子等新粒子可能代表标准模型的扩展，包括暗物质和暗能量，宇宙学和天体物理学观测强烈暗示了暗物质和暗能量的存在，但尚未纳入总体框架。虽然人们认为暗物质可能占宇宙总物质的 85%，但科学界仍不确定哪些粒子和力构成了暗物质。
下一站：阿波菲斯
在着手研究贝努之前，蔡等人首先探索了利用小行星探索第五力物理，相关研究于 2023 年发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上。该团队计划在未来继续研究贝努，追踪阿波菲斯小行星，该小行星将于 2029 年从距地球 2 万英里的范围内经过。
美国宇航局的 OSIRIS-APEX 太空船将接近这颗小行星并扬起尘埃。这一过程以及对阿波菲斯驶过时地球引力影响的观测将为继续寻找第五种力物理学提供数据。
该团队正在考虑新的空间量子技术和专门的太空任务，以提高跟踪精度或直接寻找暗物质。
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