以光子爲代表的光的本質，幾個世紀以來一直吸引著科學家，一個仍在探索的基本問題是光子是否具有質量。雖然流行的理論，即粒子物理學的標准模型，認爲光子是無質量的，但標准模型之外的理論假設光子有一個很小但非零的質量。最近發表的一項研究，利用超寬帶脈沖星計時數據和快速射電暴去分散脈沖來限制光子質量的上限。

該研究的關鍵在于非零質量光子在空間中傳播的影響，特別是在等離子體介質(如星際氣體)中。與無質量的光子相比，具有質量的光子會經曆延遲，延遲與光子質量的平方成正比，與頻率的四次方成反比。標准色散關系決定了光如何在不同介質中傳播，這種偏離爲限制光子質量提供了機會。

該研究采用了兩種強大的工具：

超寬帶脈沖星計時數據：脈沖星是快速旋轉的中子星，它們會發射出輻射束。通過精確測量這些脈沖到達地球的時間，天文學家可以檢測到由各種因素（包括星際介質）引起的微小偏差。與傳統方法相比，超寬帶觀察提供更寬的頻率範圍，爲潛在的質量誘導延遲提供更靈敏的探測器。來自帕克斯脈沖星計時陣列（PPTA）的數據是該研究中使用的主要示例。

**快速射電暴去色散脈沖：快速射電暴是短暫的毫秒級射電閃光，其來源尚不清楚。這些閃光可以用來探測星際介質，因爲它們在太空中傳播。通過消除介質中光色散引起的塗抹效應，可以分析快速射電暴的固有脈沖輪廓。研究寬頻快速射電暴脈沖可以更精確地測量任何潛在的質量誘導延遲。

研究小組開發了一個新的公式，該公式將非零質量光子與等離子體介質之間的相互作用納入其中。利用這個公式和來自脈沖星的高精度計時數據以及去分散的快速射電暴數據，研究人員能夠對光子質量的上限進行嚴格限制。他們的分析表明，光子的質量上限值爲9.52 × 10^-46 kg，這相當于5.34 × 10^-10 eV/c^2。與以前通過其他方法獲得的約束相比，這是一個顯著的改進。

這項研究的影響深遠，本研究中采用的技術，特別是使用超寬帶數據和快速射電暴，爲未來更精確的測量鋪平了道路。隨著脈沖星計時陣列用超寬帶接收器收集更多數據，以及新的快速射電暴被探測到，未來的研究可能會將光子質量的上限進一步降低，從而更接近一個確定的答案。

然而，挑戰依然存在。星際介質色散測量(DM)中的不確定性會在分析中引入噪聲。此外，快速射電暴本身的真實性質仍在爭論中，在使用快速射電暴數據時需要仔細考慮儀器效應。

總而言之，用超寬帶脈沖星計時數據和去分散快速射電暴脈沖約束光子質量的研究，代表了我們對這一基本粒子的理解取得了重大進展。通過利用高精度數據和新穎的分析技術，該研究對光子質量進行了迄今爲止最嚴格的限制。