近日，物理学院的张永超教授与其合作者，美国圣路易斯华盛顿大学的P. S. B. Dev教授、加拿大拉瓦尔大学的J.-F. Fortin教授、美国华盛顿大学的S. P. Harris博士和美国俄克拉荷马大学的K. Sinha教授，在美国《物理评论快报》（Physical Review Letters）上在线发表了题为“First Constraints on the Photon Coupling of Axionlike Particles from Multimessenger Studies of the Neutron Star Merger GW170817”的文章。
随着引力波被观测到，现在多信使（multimessenger）探测已经成为粒子物理、天体物理和宇宙学理论和实验研究的前沿热点课题。两个中子星的融合不仅可以产生引力波，而且可以产生大量相伴随的光子信号。而中子星是非常致密的天体，其质量密度可以达到，大概相当于原子核的质量密度。中子星可以用来研究轻的相互作用非常弱的粒子，例如轴子（axion）和类轴子粒子（axion-like particle）。GW170817是第一个被观测到引力波的中子星融合事例，该事例的引力波和光子多信使信号已经被用来限制轴子和类轴子粒子等超出标准模型的粒子。
张永超教授及其合作者首次研究了GW170817中子星融合事例对类轴子粒子与光子相互作用的限制。类轴子粒子可以在中子星中通过与光子的相互作用产生，并飞出中子星。由于相互作用非常弱，类轴子粒子在飞行相当长的距离后衰变为两个光子。该光子可以被地球上的实验例如Fermi-LAT观测到（如图所示）。结合引力波的观测，类轴子粒子衰变产生的光子信号与直接从中子星发出的光子的时间信息和能谱都是不同的。因此Fermi-LAT实验的观测数据可以被用来限制类轴子粒子与光子的相互作用。研究发现，虽然Fermi-LAT的限制不如现有的超新星的限制强，但下一代的实验会增强很多，并排除更多的参数空间。
按照国际学术惯例，该论文的作者按照姓氏排序。张永超教授的工作受到了国家自然科学基金面上项目和东南大学基本科研业务费等项目的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.101003