《表1 代表性光子静质量实验结果及方法》

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《关于光子静止质量是否为零相关问题的讨论》

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光子，各种电磁辐射的量子，可以携带能量和动量在空间传播.从卡文迪什年代开始，科学家们就开始研究光子静止质量.长期以来科学家进行了大量的实验，但所有实验都仅仅给出不断精确的光子静止质量的上限数值，而光子具有非零静止质量这一假设迟迟未被实验证明，到目前为止，光子静止质量的实验检验大致可分为三大类:光速色散效应的检验、库伦反平方定律的检验以及精密扭秤检验[4].早在1940年，徳布罗意利用色散效应实验（双星实验）探索出光子静止质量上限为0.8×10-40g（见表1、图2）.此后，科学家们纷纷采用类似的方法来检验光子静质量的上限.Florman、Feinberg、Hollweg、Fullekrug等先后发表了自己的实验结果，不断精确光子静质量的上限.此外，1971年Williams采用五层同心二十面导球体验证库伦反平方定律得到相应光子质量上限为1.6×（见表1、图2) .1998年，美国科学家Lakes提出了一个检验光子质量的新实验方法：利用扭秤来检验一个环状螺旋管与宇宙磁场失势的作用.然而，由于实验设计的缺陷，Lakes发现当宇宙磁场矢势的方向正好与地球自转轴方向一致时实验结果毫无意义，而且地球上其他周日波动效应（如温度、气压等）等不可忽略的因素使实验结果不很精确[4，5].2000年，华中科技大学引力实验室为了有效地克服Lakes实验中存在的缺陷，提出了一种调制扭秤检验光子静止质量的上限的动态试验方法.其基本思路是利用旋转扭秤的方法检验磁环的磁偶极矩与宇宙磁场矢势的相互作用，进而给出光子静止质量上限.经过多年实验积累，2003年，华中科技大学引力实验室完成实验并给出光子静止质量的上限1.2×10-51g（见表1、图2）[4，5，6].2006年，华中科技大学针对背景引力梯度改进了实验并给出了更精确的光子静止质量上限（见表1、图2）.与之前的实验结果相比该上限值精确了近一个数量级.表1给出了近年来科学家在光子静质量研究中的一些主要实验结果以及他们采用的实验方法，发现随着实验方法的不断改进，光子静止质量上限也不断逼近于零（见图2）.