科学家正在检验爱因斯坦最基本的原理之一是否在整个宇宙中成立。

地中海深处的一台中微子望远镜对爱因斯坦的一项基本原理进行了新的检验。在分析 5,828 个大气中微子候选事件后，科学家未发现作为相对论基石之一的洛伦兹不变性遭到破缺的证据。该结果为那些认为物理定律在特定条件下可能表现不同的理论设置了新的限制。

国际 KM3NeT 合作组利用 KM3NeT/ORCA 开展该研究。该水下探测器用于研究中微子及其特殊行为。研究发表于《Journal of Cosmology and Astroparticle Physics》（JCAP），首次针对涉及 μ子中微子与 τ子中微子的若干可能破缺给出直接实验限制；这两类粒子均属于难以探测的中微子。

时空是否具有隐藏结构？

洛伦兹不变性要求，对于以不同恒定速度运动或朝向不同方向的观测者，物理学基本定律保持不变。试图统一广义相对论与量子物理的若干量子引力理论提出，在极小尺度上该原理可能并不严格成立。

一种可能是时空并非真正连续，而由微小离散单元构成。若这种结构存在，它可能产生相对论预测之外的细微偏差。

埃尔朗根-纽伦堡大学埃尔朗根天体粒子物理中心（ECAP）研究员、论文通讯作者之一 Alba Domi 解释，我们仍不知道时空是连续的还是可能离散的。寻找洛伦兹不变性破缺是研究这一可能性的一种方式。

中微子为何适合检验爱因斯坦物理学

中微子与物质相互作用极弱，探测极其困难。大量中微子穿过地球而不留下痕迹，因此可在几乎无干扰的情况下穿越极远距离。

这些粒子还具有一种特殊能力：在传播过程中可在不同类型之间转换，科学术语称为味（flavor）。该现象称为中微子振荡，其行为遵循可用观测检验的数学预测。若振荡出现非预期变化，可能指示此前未知的物理效应，包括洛伦兹不变性破缺。

为寻找此类偏差，研究人员分析了 KM3NeT/ORCA 收集的 1.4 年观测数据。当时该望远镜仅以 6 个探测单元运行。团队将测得的中微子能量与到达方向同理论预测比较，以识别可能偏离既有物理学的迹象。

水下观测为物理学设定新限制

分析未发现洛伦兹不变性破缺的证据。但研究对若干可能效应给出了更严格的限制，包括可能影响 μ子中微子与 τ子中微子之间振荡的效应。

尽管依赖探测器的早期版本，这些结果仍与 IceCube 和 Super-Kamiokande 等已运行较长时间、积累更多中微子数据的实验测量具有竞争力。

ECAP 博士生、论文另一通讯作者 Lukas Hennig 表示，这些结果表明，即使探测器规模相对较小，KM3NeT/ORCA 仍具备检验物理学基本原理的能力。随着数据增加和探测器扩展，我们将能够搜索更小的效应。

下一前沿：来自深空的中微子

随着 KM3NeT/ORCA 向完整规划配置扩展，研究人员预计将提高对相对论可能偏差的灵敏度。他们还希望将这些研究扩展至 KM3NeT/ARCA；该探测器用于研究来自遥远天体物理源的更高能中微子。

若干被提出的洛伦兹不变性破缺可能随中微子能量升高或粒子穿越距离增加而更显著。因此，来自遥远宇宙源的中微子或可提供检验大气中微子无法探测的微小效应的方法。

Domi 解释，ARCA 可能特别适合这类研究，但我们尚未拥有足够的天体中微子事件来执行此类分析。

参考文献：O. Adriani 等，Atmospheric neutrino constraints on Lorentz invariance violation with the first six detection units of KM3NeT/ORCA，Journal of Cosmology and Astroparticle Physics，2026 年 11 月 4 日，DOI: 10.1088/1475-7516/2026/11/012。