中大学者研究以单次量度重力波 探索超轻玻色子是否存在

由香港中文大学 (中大) 物理系助理教授黎冠峰教授及其博士生Otto Hannuksela所率领的一支云集美国及德国研究人员的国际研究团队，最近发现了一个或可以验证一种新假想粒子 — 超轻玻色子是否存在的新方法。这新方法建基于观察较小型黑洞围绕较大型黑洞运转时所发出的重力波。他们的研究成果已于著名科学期刊 《 Nature Astronomy》 发表。

利用 重 力波发现基本粒子  

暗物质是一种构成宇宙约85％物质的不可见物质。尽管科学家持有力的证据证明暗物质的存在，但是现时粒子物理学的标准模型未能对它的存在作出任何解释。科学家提出暗物质或许是由超轻玻色子构成。超轻玻色子可能非常轻，以致它在巨大的天文尺度上仍然展现出量子力学效应。因此，超轻玻色子可以耦合黑洞而形成与黑洞特性互相缠绕的巨型星云。 

重力波是时空结构中的涟漪，它在2015年被雷射波干涉仪重力波观测站（LIGO) 科学团队首度探测到，开启了有关宇宙科学研究的新时代。由中大领导的研究显示，重力波可用于研究上述黑洞或星云系统，从而发现超轻玻色子是否存在及其性质。当星云中一个较小型的黑洞围绕一个巨大的黑洞运转时，它的运转轨迹会受到黑洞的引力与星云的磨擦影响。因此，来自该系统的重力波会携带该黑洞及星云的讯息，使科学家可以仔细研究超轻玻色子。黎冠峰教授表示：「我们的研究显示透过进行单一量度重力波，可以通过模型选择来验证超轻玻色子的存在、排除讯号的替代解释及量度玻色子的质量。」未来的重力波探测器如雷射干涉太空天线 （LISA) 或许可以发现超轻玻色子，为理解大自然中的基本粒子写下新一章。  

学生的研究成果  

领导中大重力波研究团队参与LIGO 科学团队的黎冠峰教授认为，让研究生能够领导研究项目直至完成学业，是非常重要的一步。故此，他的研究生均有出色的表现，包括在著名的科学期刊发表论文，以及在他们的重力波学术研究生涯中成为独当一面的研究员。来自芬兰的博士生Otto Hannuksela主导这个发现上述新方法的研究项目。预计他将于今年暑假毕业，并前往荷兰出任博士后研究员。 

中大的 重 力波研究  

黎冠峰教授的研究团队成员来自全球各地。除了这次天体粒子物理学的新研究外，黎教授与他的团队也利用重力波研究其他领域，包括重力透镜、测试广义相对论、中子星的状态方程式、推论宇宙学参数及超新星的爆炸机制。重力波在这些领域中，是在其他难以用作探测途径以外独一无二的选择。