Did the Gran Sasso Experiment Rule Out the Diósi-Penrose Theory? Musing on the 2021 Result and the Present Experimental Status
本文阐明，尽管近期的实验（包括 2021 年的 Gran Sasso 结果以及随后来自 Majorana 和 XENONnT 的限制）已经在参数层面上排除了马尔可夫型 Diósi-Penrose 动力学与特定质量密度分辨率的特定结合，但它们并未排除更广泛的 Penrose 寿命准则或其他修正引力坍缩理论。
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在意大利亚平宁山脉深处的静谧岩层中，远离地表的喧嚣，科学家们长期以来一直在倾听一个可能改变我们对现实理解的低语。这个低语关乎一个根本性的问题：为什么统治原子和光子的量子世界中那些奇异、模糊的规则，会向日常生活中坚实、可预测的规则让步？几十年来，一个领先的观点认为，重力本身可能是迫使量子世界“选择”单一状态的力量，从而将模糊的可能性坍缩为我们所看到的确定现实。这种被称为迪奥西-彭罗斯（Diósi-Penrose）理论的概念提出，当一个物体变得足够大时，它自身的引力会使其不可能同时存在于两个地方。如果这一理论是正确的，这种坍缩过程不应该是无声的；它应该产生一种微弱的自发辐射，即宇宙在稳定量子叠加态时释放出的微小能量爆发。探测到这种辐射将是一项里程碑式的发现，证明重力在波函数坍缩中扮演了直接角色。然而，如果这种辐射不存在，则意味着该理论在其最简单的形式下并不描述自然。
2021年，格兰萨索国家实验室（Gran Sasso National Laboratory）的一个研究小组致力于寻找这种辐射。他们将一个高纯度锗探测器安置在深层地下，使其免受宇宙射线和其他背景噪声的影响，从而打造出一个最安静的监听站。他们的目标是捕捉标准版本迪奥西-彭罗斯模型所预测的特定信号。该模型依赖于一组特定的假设：即坍缩是随机且连续发生的，就像一股稳定的白噪声流；并且所涉及质量的“分辨率”——即该理论能够区分两个点之间的最小距离——是由探测器内部原子核的自然量子抖动决定的。如果这组想法的特定组合是正确的，探测器应该能看到明显的辐射过剩。然而，实验并未发现任何迹象。数据没有显示出预测信号的征兆，这导致研究人员得出结论：这种特定、无参数版本的理论是不正确的。该理论对于锗探测器如何运作的自然、未经调整的预测被以很大幅度地排除了。
故事并未就此结束。在格兰萨索结果之后的几年里，其他实验加入了这场搜索，每个实验都带来了更灵敏的设备和更多的材料。马约拉纳示踪器（Majorana Demonstrator）使用了富集锗，随后 XENONnT 暗物质探测器使用液氙重复了这一搜索，并以更高的精度进行了验证。这些更新后的实验证实了早期的发现，并将边界进一步推向远方。它们确立了如果这种由重力引起的坍缩确实存在，那么“分辨率”参数必须远大于原子核的自然尺寸。具体而言，XENONnT 实验设定了一个新的极限，表明在 95% 的置信水平下，截断值必须大于 米。这意味着该理论在其标准形式下，被限制在一个比此前认为的更窄的可能范围之内。这些实验实际上已经关闭了大门，即不再支持“坍缩恰好如最简单版本的理论所预测的那样发生（即分辨率仅为原子核的自然分布）”这一观点。
然而，本文作者谨慎地澄清了哪些是被排除的，以及哪些仍有可能。他们强调，实验并没有否定整个关于重力相关坍缩的概念，也没有否定重力导致波函数坍缩的一般性想法。被拒绝的是一个特定的、优雅的组合：即一个标准的、随机的噪声模型与一种特定的、自然的测量质量大小的方式的结合。如果驱动坍缩的“噪声”不同，该理论仍可能正确——例如，它可能不是一种稳定的白噪声，而是一种随时间变化的更复杂的“彩色噪声”；或者质量的分辨率并非由原子核的自然抖动决定，而是由某种其他更大的尺度决定。这些实验并未找到一个关于重力在坍缩中作用的普遍性的“不”，而是对其中一种特定的规则编写方式给出了精确的“不”。
这种区别对于该领域的未来至关重要。科学界现在知道，最简单、最自然的迪奥西-彭罗斯模型并不符合现实。前进的路径要求理论家们完善他们的想法，或许是通过调整噪声的行为方式，或者通过重新思考在极微小距离下质量是如何被解析的。实验并没有解决“为什么量子世界变为经典世界”的谜团，但它们排除了一个主要的候选方案。通过缩小可行理论的空间，这些深层地下的搜索迫使对话变得更加精确。探测器的沉默并非失败；它是一个清晰的信息，表明自然比最简单的方程所暗示的更为复杂，它正引导着科学家们去获得对塑造我们现实的基本力量更准确的理解。
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