近日，我校物理与电子信息学院2021级理论物理专业硕士研究生董丽娟在国际物理学高水平期刊Physical Review D发表题为“Photon-ALP beam propagation from Mrk 501”的研究论文。Physical Review D是美国物理学会（AIP）创办的经典期刊（nature index期刊），在全球物理学界研究中具有较高的声望和影响力。该研究工作通过分析活动星系核Mrk 501的TeV（万亿电子伏特）伽马射线能谱特征，揭示了光子- ALP（类轴子粒子）振荡在高能光子传播中的关键作用。董丽娟为论文第一作者，导师郑永刚教授为论文通讯作者。
ALP是为解决量子色动力学（QCD）中的强CP（Charge-Parity，电荷宇称: 用于描述粒子在电荷共轭对称运算下的行为）问题而提出的一类超轻、伪标量粒子，被认为是暗物质的重要候选体之一。ALP与光子的耦合特性表明二者在磁场中能发生振荡，这一现象能在高能伽马射线能谱中留下特征性起伏，从而避免传统物理预测的TeV光子严重吸收问题。该论文详细分析了光子- ALP 束从活动星系核喷流到地球的传播过程，估算了高能光子的存活概率。通过考虑了包括喷流内的螺旋磁场、环形磁场，星系团中的高斯湍流场、结构空腔磁场等多种不同的磁场结构，发现ALP振荡模型可使TeV伽玛射线光子存活概率提高2-3个量级，抑制了河外星系背景光（EBL）吸收导致的能谱截断效应（图1）。该研究结果不仅为TeV源能谱异常现象提供了新的物理解释，还为国家重大科研基础设施-高海拔宇宙线观测站（LHAASO）搜寻ALP提供理论基础，同时也对深入理解宇宙中的物质成分和相互作用，尤其是暗物质探测具有重要意义。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目（12363002，12163002）资助。
（供稿 物理与电子信息学院)
