欧洲核子研究中心造出宇宙“火球”，或揭开宇宙隐藏的磁场之谜

该团队的研究成果发表于11月3日的《美国国家科学院院刊》（PNAS），有助于解开宇宙中缺失伽马射线及其庞大隐形磁场的重大谜团。

### 耀变体与缺失伽马射线之谜
耀变体是一种由超大质量黑洞驱动的活跃星系，能以接近光速喷射出强大的窄粒子和辐射喷流。这些喷流会释放能量极高的太电子伏特（1 TeV = 10¹² eV）伽马射线，可被地面观测站探测到。
当这些太电子伏特伽马射线穿越星际空间时，会与恒星发出的微弱背景光相互作用，产生正负电子对级联。理论上，这些正负电子对随后会与宇宙微波背景碰撞，产生较低能量的伽马射线（约10⁹ eV，即吉电子伏特）。然而，像美国宇航局的费米卫星这样的伽马射线太空望远镜却从未观测到这一预期信号，这种差异的原因长期以来一直是个谜。
科学家提出了两种可能的解释。一种理论认为，星系间的弱磁场会偏转正负电子对，使产生的伽马射线偏离地球。另一种基于等离子体物理的理论则认为，正负电子对在穿过充斥星际空间的稀薄气体时会变得不稳定——等离子体中的微小扰动会产生磁场和湍流，从而耗尽喷流的能量。

### 在实验室重现宇宙条件
为验证这些观点，由牛津大学和英国科学与技术设施委员会（STFC）中央激光设施（CLF）的专家组成的研究团队，使用了欧洲核子研究中心（CERN）的HiRadMat（材料高辐射）装置。他们利用超级质子同步加速器产生正负电子束，并让其穿过一米长的等离子体。该实验相当于小规模模拟耀变体的正负电子对级联穿过星际物质的过程。
通过测量喷流的形状及其产生的磁场，研究人员能够判断等离子体不稳定性是否强到足以扰乱喷流流动。

### 意外结果指向远古磁场
研究结果出乎意料。正负电子束并未散开，反而保持高度聚焦且近乎平行，几乎没有受到扰动，也未产生明显的磁场活动。将这一结果推广到宇宙尺度可知，仅靠等离子体不稳定性太弱，不足以解释伽马射线的缺失。
这一结果支持了另一种解释：星际介质中存在来自早期宇宙的遗留磁场。
牛津大学物理系首席研究员吉安卢卡·格雷戈里教授表示：“我们的研究展示了实验室实验如何帮助弥合理论与观测之间的差距，增进我们对卫星和地面望远镜所观测天体物理对象的理解。它还凸显了全球实验设施合作的重要性，尤其是在探索日益极端的物理状态方面开辟新天地。”

### 早期宇宙与磁起源
该结果引发了新的问题：这种磁场是如何形成的？早期宇宙被认为高度均匀，因此那个时代存在磁场的说法难以解释。研究人员认为，答案可能涉及标准模型之外的物理理论。像切伦科夫望远镜阵列天文台（CTAO）这样的未来观测站有望提供更清晰的数据来探索这些理论。
STFC中央激光设施和斯特拉斯克莱德大学的鲍勃·宾厄姆教授（共同研究者）说：“这些实验展示了实验室天体物理学如何检验高能宇宙理论。通过在实验室重现相对论性等离子体条件，我们可以测量塑造宇宙喷流演化的过程，并更好地理解星际空间磁场的起源。”
牛津大学物理系的苏比尔·萨卡尔教授（共同研究者）补充道：“能参与这样一项创新实验非常有趣，它为欧洲核子研究中心的前沿研究增添了新维度——希望我们的惊人结果能引起等离子体（天体）物理学界对在地面高能物理实验室探索基本宇宙问题可能性的兴趣。”
该项目汇集了来自牛津大学、STFC中央激光设施（RAL）、欧洲核子研究中心、罗切斯特大学激光能量学实验室、英国原子武器研究所奥尔德马斯顿、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、马克斯·普朗克核物理研究所、冰岛大学和里斯本高等理工学院的科学家。