longo,1988,prl；krauss&tremaine1988,prl；綜述見吳雪峰-indico

1、SN1987A中微子檢驗(yàn)弱等效原理,吳雪峰中科院紫金山天文臺(tái)合作者：魏俊杰、高鶴、Peter Meszaros2016.4.8，JUNO中微子天文與天體物理研討會(huì)，南京,1,報(bào)告提綱 愛因斯坦等效原理及早期天文學(xué)檢驗(yàn) SN1987A檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 伽瑪暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 快速射電暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 TeV blazars檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 IceCube中微子檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效

2、原理,2,報(bào)告提綱 愛因斯坦等效原理及早期天文學(xué)檢驗(yàn) SN1987A檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 伽瑪暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 快速射電暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 TeV blazars檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 IceCube中微子檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理,3,愛因斯坦廣義相對(duì)論100周年：1915.11.25-2015.11.25,4,弱等效原理(WEP): 慣性質(zhì)量 = 引力質(zhì)量(所有粒子，無

3、論其質(zhì)量，在引力場(chǎng)中具有同樣的加速度.),（強(qiáng)）等效原理(EP):一個(gè)在引力場(chǎng)中做自由落體的實(shí)驗(yàn)者，其局部的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與引力場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)。,“An alternative statement of WEP is that the trajectory of a freely falling “test” body (one not acted upon by such forces as electromagnetism and too

4、 small to be affected by tidal gravitational forces) is independent of its internal structure and composition.”—— Clifford M. Will, 2014, Living Reviews Relativity, 17, 4,5,愛因斯坦等效原理：愛因斯坦“happiest idea”,愛因斯坦等效原理(EEP):

5、1、WEP成立；2、局域洛倫茲不變性（LLI）： The outcome of any local non-gravitational experiment is independent of the velocity of the freely-falling reference frame in which it is performed.3、局域位置不變性（LPI）： The

6、outcome of any local non-gravitational experiment is independent of where and when in the universe it is performed.,Will, 2014, Living Reviews Relativity, 17, 4,6,引力理論的后牛頓參數(shù)化：,Will, 2014, Living Reviews Re

7、lativity, 17, 4,7,后牛頓參數(shù)：,Will, 2014, Living Reviews Relativity, 17, 4,,8,利用河外暫現(xiàn)源檢驗(yàn)愛因斯坦等效原理,后牛頓參數(shù)：,Will, 2014, Living Reviews Relativity, 17, 4,9,利用河外暫現(xiàn)源檢驗(yàn)愛因斯坦等效原理,,,后牛頓參數(shù)γ的太陽(yáng)系內(nèi)檢驗(yàn)：I.光線偏折效應(yīng),Will, 2014, Living Reviews Relat

8、ivity, 17, 4,廣義相對(duì)論效應(yīng),10,后牛頓參數(shù)γ的太陽(yáng)系內(nèi)檢驗(yàn)：II.Shapiro時(shí)間延遲效應(yīng),Will, 2014, Living Reviews Relativity, 17, 4,從Earth發(fā)射雷達(dá)波到Source，再返回Earth,（太陽(yáng)系內(nèi)行星、人造衛(wèi)星）,由于Sun引力勢(shì)，往返雷達(dá)波多走的時(shí)間：,11,后牛頓參數(shù)γ的太陽(yáng)系內(nèi)檢驗(yàn)：結(jié)果,VLBI: quasars, 3C279Hipparcos: opt

9、ical starlightViking: Mars landerCassini: Saturn,Will, 2014, Living Reviews Relativity, 17, 4,12,報(bào)告提綱 愛因斯坦等效原理及早期天文學(xué)檢驗(yàn) SN1987A檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 伽瑪暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 快速射電暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 TeV blazars檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 IceCube中

10、微子檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理,13,SN1987A中微子：銀河系“比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）,發(fā)生地：大麥哲倫云，距離地球約50 kpc發(fā)生時(shí)間：（1）中微子暴：Feb., 23.316UT, 1987 探測(cè)器Kamioka、IMB（2）光學(xué)： Feb., 23.443UT, 1987 約中微子暴1萬秒（3小時(shí)）之后,Masatoshi Koshiba,Raymond Davis Jr.,R

11、iccardo Giacconi,2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)The Nobel Prize in Physics 2002 was divided, one half jointly to Raymond Davis Jr. and Masatoshi Koshiba "for pioneering contributions to astrophysics, in particular for the detect

12、ion of cosmic neutrinos" and the other half to Riccardo Giacconi "for pioneering contributions to astrophysics, which have led to the discovery of cosmic X-ray sources“.,14,SN1987A中微子：銀河系“比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）

13、,15,2001.12.25,(此圖引自Longo, 1988, PRL),SN1987A中微子：銀河系“比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）,Shapiro時(shí)延：,（1）d~50 kpc（2）b=12 kpc（3）銀河系引力勢(shì)U(r)=-GM/r （大麥倫云質(zhì)量不到銀河系的5%）,Longo, 1988, PRL；Krauss & Tremaine 1988, PRL；綜述見吳雪峰、陸埮，2006，“伽瑪射線暴與愛因斯

14、坦相對(duì)論”，《物理學(xué)進(jìn)展》，26,1,16,(此圖引自Longo, 1988, PRL),SN1987A中微子：銀河系“比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）,Longo, 1988, PRL；Krauss & Tremaine 1988, PRL；綜述見吳雪峰、陸埮，2006，“伽瑪射線暴與愛因斯坦相對(duì)論”，《物理學(xué)進(jìn)展》，26,1,（1）2個(gè)中微子（7.5MeV, 40MeV）到達(dá)時(shí)間差（<10秒）,（1）中微子和光子到達(dá)時(shí)間差（

15、<6小時(shí)）,17,,無靜止質(zhì)量粒子在球?qū)ΨQ度規(guī)時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)：后牛頓(PPN)展開：后牛頓參數(shù) ：?jiǎn)挝毁|(zhì)量引起的空間曲率大小廣義相對(duì)論要求：,愛因斯坦等效原理（EEP）：中性粒子在真空引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，與粒子的內(nèi)稟性質(zhì)（結(jié)構(gòu)、成分）無關(guān)。,不同能量光子的PPN參數(shù)值是否相同？檢驗(yàn)探針：(1) 短時(shí)標(biāo)宇宙學(xué)暫現(xiàn)源 伽瑪暴、快速射電暴、blazar耀發(fā)(2) 河外點(diǎn)源中微子 （王子逸、劉若愚、王祥玉）,河

16、外暫現(xiàn)源開展“銀河系比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）,18,BlazarGRB,b,Gao, Wu, Meszaros, 2015, ApJ,報(bào)告提綱 愛因斯坦等效原理及早期天文學(xué)檢驗(yàn) SN1987A檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 伽瑪暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 快速射電暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 TeV blazars檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 IceCube中微子檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理,19,何謂伽瑪射線暴?,伽瑪射線波段的爆發(fā)

17、、來自太空、持續(xù)不足1秒到幾分鐘、隨機(jī)發(fā)生,光變曲線,光變曲線,20,GRB 970228: 余輝的里程碑發(fā)現(xiàn),X射線,伽瑪射線,2月28日,3天后,2月28日 8天后 宿主星系,,21,高鶴, 吳雪峰（通訊作者）, & Meszaros, P., 2015, ApJ, 810, 121,,不同能量光子的PPN參數(shù)值檢驗(yàn)結(jié)果：(1) GRB 090510 (z=0.

18、90):(2) GRB 080319B (z=0.94):(3) Hipparcos衛(wèi)星(Froeschle et al. 1997)：(1)-(3), eV – MeV – GeV,,利用伽瑪暴開展“銀河系比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）,Abdo et al., 2009, Nature,GRB 090510,GRB 080319B,22,報(bào)告提綱 愛因斯坦等效原理及早期天文學(xué)檢驗(yàn) SN1987A檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效

19、原理 伽瑪暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 快速射電暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 TeV blazars檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 IceCube中微子檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理,23,第一個(gè)快速射電暴（Lorimer 2007） FRB 010724快速射電暴的進(jìn)一步確證 (Thornton et al. 2013; Keane et al. 2011; Burke-Spolaor & Bannister

20、 2014; Spitler et al. 2014; Ravi et al. 2015).全天發(fā)生率：1萬個(gè)/天,Lorimer et al. (2007),快速射電暴的發(fā)現(xiàn),24,,Thorton, et al., 2013, Science,(1.2GHz-1.5GHz)< 1 s,25,利用河外暫現(xiàn)源檢驗(yàn)愛因斯坦等效原理,,Thorton, et al., 2013, Science,,,FRBs色散測(cè)量?宇宙學(xué)起源?

21、,26,利用河外暫現(xiàn)源檢驗(yàn)愛因斯坦等效原理,可能紅移,快速射電暴與伽瑪暴可能成協(xié),GRB 101011A,GRB 100704A,,6.2 sigma confidence level @ t=1076 s,6.6 sigma confidence level @ t=524 s,,Bannister et al. 2012, ApJ,z = (0.130, 0.246) for GRB 100704A,Deng & Zhang

22、 (2014) 利用DM估算的伽瑪暴紅移:,,,z = (0.554, 0.687) for GRB 101011A,27,,利用快速射電暴開展“銀河系比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）,(1) FRB比GRB對(duì)EEP限制提高2個(gè)量級(jí)；(2) FRB距離不確定，但對(duì)結(jié)果影響不大。,魏俊杰, 高鶴, 吳雪峰（通訊作者）, & Meszaros, P., 2015, Phys.Rev.Lett,紅線誤差（自上到下）：Δt(DM)=0.001

23、Δt(obs), Δt(DM)=0.999Δt(obs)藍(lán)線誤差（自上到下）：1Mpc, 0.5z, 2z, 3z,28,報(bào)告提綱 愛因斯坦等效原理及早期天文學(xué)檢驗(yàn) SN1987A檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 伽瑪暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 快速射電暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 TeV blazars檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 IceCube中微子檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理,29,活動(dòng)星系核的分類,,30,Blazar（耀變體）

24、的輻射機(jī)制：輕子過程vs重子過程,31,Wei, Wang, Gao & Wu, 2016, ApJL,,不同能量光子的PPN參數(shù)值檢驗(yàn)結(jié)果：(1) Mrk 421 (z=0.031):(2) Mrk 501 (z=0.034):(3) PKS 2155-304 (z=0.117)(4) 伽瑪暴(Gao, Wu & Meszaros et al. 2015)： eV – MeV – Ge

25、V，因此，(1)-(4), eV – MeV – GeV – TeV,,利用TeV blazars開展“銀河系比薩斜塔”實(shí)驗(yàn)（WEP）,32,Mrk 421,Furniss et al., 2015, ApJ,報(bào)告提綱 愛因斯坦等效原理及早期天文學(xué)檢驗(yàn) SN1987A檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 伽瑪暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 快速射電暴檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理 TeV blazars檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理

26、 IceCube中微子檢驗(yàn)愛因斯坦弱等效原理,33,Coincidence of a high-fluence blazar outburst with a PeV neutrino,PKS B1424 ? 418 at z = 1.522 (FSRQ)偶然性概率0.05 (2σ)fluence of the ourburst is (30.5 ± 0.3) cm^-2, the highest outburst f

27、luence of all extragalactic sources,Fermi/LAT的觀測(cè)，紅線是PeV中微子到達(dá)時(shí)間,Kadler et al. 2016, Nature Physics,Limits on EEP obtainedWang, Liu, Wang, PRL 116, 151101 (2016),<160 d,,謝謝！,36,JUNO中微子實(shí)驗(yàn)展望MeV中微子光變曲線（近鄰超新星可探測(cè)上萬個(gè)中微子）