A légköri neutrínók íz-összetételének új megfigyelései nem tártak fel meggyőző bizonyítékot a kicsiny, rövid élettartamú fekete lyukakról, amelyeket a kvantumgravitáció egyes elméletei jósoltak. A vizsgálatot kutatók végezték a IceCube Neutrino Obszervatórium a Déli-sarkon, és az eredmény a valaha volt legszigorúbb korlátokat támasztja a kvantumgravitáció természetére vonatkozóan.
A kvantumgravitáció életképes elméletének kidolgozása a fizika egyik legnagyobb kihívása. Manapság a gravitációt nagyon jól írja le Albert Einstein általános relativitáselmélete, amely összeegyeztethetetlen a kvantumelmélettel. Az egyik fontos különbség az, hogy az általános relativitáselmélet tér-idő görbületre hivatkozik a gravitációs vonzás magyarázatára, míg a kvantumelmélet a lapos tér-időn alapul.
Nehéz megtalálni a továbbvezető utat, mert a két elmélet nagyon eltérő energiaskálán működik, ami nagyon megnehezíti a kvantumgravitációs elméleteket tesztelő kísérleteket.
„Kreatív mérések”
„Az elmúlt években kreatív méréseket dolgoztak ki a kvantumgravitáció apró hatásainak felkutatására: akár a laboratóriumi kísérletekben végzett rendkívüli pontosság, akár a távoli univerzumban keletkező nagy energiájú részecskék felhasználásával” – magyarázza. Thomas Stuttard a Koppenhágai Egyetemen, aki az IceCube együttműködés tagja.
Ezen új elméletek közé tartozik az az elképzelés, hogy a bizonytalanság kvantumhatásai a tér vákuumában jelentkező energiaingadozásokkal együtt kézzelfogható hatást gyakorolhatnak a tér-idő görbületére, amint azt az általános relativitáselmélet írja le. Ez „virtuális fekete lyukak” kialakulásához vezethet. Ha léteznek, ezek a mikroszkopikus objektumok a Planck-idő nagyságrendjében bomlanak le. Ez körülbelül 10-44 s és a jelenlegi fizikai elméletekkel leírható legkisebb időintervallum.
Ennek eredményeként virtuális fekete lyukakat lehetetlen lenne észlelni a laboratóriumban. De ha valóban léteznek, a kutatók azt jósolják, hogy kölcsönhatásba kell lépniük a neutrínókkal, megváltoztatva azt, hogy a részecskék hogyan változtatják ízállapotukat a neutrínó-oszcilláció jelenségén keresztül.
Köbkilométer jég
A csapat bizonyítékokat keresett ezekre a kölcsönhatásokra a Déli-sarkon található IceCube Neutrino Obszervatórium által gyűjtött adatokban. A világ legnagyobb neutrínó-obszervatóriumaként az IceCube több ezer érzékelőből áll, amelyek egy köbkilométernyi antarktiszi jégen helyezkednek el.
Ezek az érzékelők érzékelik a töltött leptonok által keltett jellegzetes fényvillanásokat, amelyek akkor keletkeznek, amikor a neutrínók kölcsönhatásba lépnek a jéggel. Ebben a legutóbbi tanulmányban a csapat a kozmikus sugarak és a Föld légköre közötti kölcsönhatás során keletkező nagyenergiájú neutrínók IceCube-detektálására összpontosított.
Stuttard elmagyarázza, hogy keresésük nem az első a maga típusában. „Ezúttal azonban ki tudtuk használni ezeknek a „légköri” neutrínóknak a természetesen nagy energiáját és nagy terjedési távolságát (nem pedig a földhöz kötött neutrínóforrásokat, mint a részecskegyorsítók vagy az atomreaktorok), valamint a hatalmas méretű neutrínók magas statisztikáit. detektor mérete. Ez lehetővé tette számunkra, hogy sokkal gyengébb hatásokat keressünk, mint azt bármely korábbi tanulmány kimutatta.”
Íz összetétel
Tanulmányukban a csapat több mint 300,000 8 neutrínó ízösszetételét vizsgálta, amelyeket az IceCube XNUMX éven keresztül figyelt meg. Ezt követően összehasonlították ezt az eredményt azzal az összetétellel, amelyről azt várták, hogy kiderüljön, hogy a neutrínók valóban kölcsönhatásba léptek-e a virtuális fekete lyukakkal a légkörben való utazásuk során.
Az eredmények még az IceCube által kínált rendkívüli érzékenység mellett sem különböztek a neutrínó-oszcilláció jelenlegi modellje által megjósolt ízösszetételektől. Ez egyelőre azt jelenti, hogy a virtuális fekete lyukak elmélete minden meggyőző bizonyíték nélkül marad.
Egyre közelebb a kvantumgravitáció méréséhez
Ez a nulla eredmény azonban lehetővé tette a csapat számára, hogy új korlátokat szabjon a fekete lyuk-neutrínó kölcsönhatások lehetséges maximális erősségére, amelyek nagyságrendekkel szigorúbbak, mint a korábbi tanulmányokban meghatározott határértékek.
„A kvantumgravitáción kívül az eredmény azt is bizonyítja, hogy a neutrínót valóban nem zavarja a környezete még több ezer kilométer megtétele után is, még akkor is, ha a neutrínók energiája meghaladja az ember alkotta ütköztetőt” – mondja Stuttard. "Ez a kvantummechanika figyelemre méltó bemutatója volt valóban makroszkopikus távolságokon."
Tágabb értelemben a csapat eredményei új korlátokat állítanak a kvantumgravitáció elméletének egészére nézve, amelyek jelenleg nagyon kevések. "Bár ez a munka elutasít bizonyos forgatókönyveket, a kvantumgravitáció mint fogalom természetesen nem kizárt" - teszi hozzá Stuttard. "A kvantumgravitáció valódi természete eltérhet a tanulmány feltételezéseitől, vagy a hatások gyengébbek vagy erősebben elnyomhatók az energiával, mint azt korábban gondolták."
A kutatás leírása a Természetfizika.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://physicsworld.com/a/search-for-tiny-black-holes-puts-tighter-constraints-on-quantum-gravity/
