Новые наблюдения ароматического состава атмосферных нейтрино не выявили убедительных доказательств существования крохотных, короткоживущих черных дыр, предсказанных некоторыми теориями квантовой гравитации. Исследование было проведено исследователями с использованием Нейтринная обсерватория IceCube на Южном полюсе, и этот результат накладывает одни из самых жестких ограничений на природу квантовой гравитации.

Разработка жизнеспособной теории квантовой гравитации — одна из сложнейших задач физики. Сегодня гравитация очень хорошо описывается общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, которая несовместима с квантовой теорией. Одно важное отличие состоит в том, что общая теория относительности использует кривизну пространства-времени для объяснения гравитационного притяжения, тогда как квантовая теория основана на плоском пространстве-времени.

Найти путь вперед непросто, поскольку две теории работают в очень разных энергетических масштабах, что очень затрудняет проведение экспериментов по проверке теорий квантовой гравитации.

«Творческие измерения»

«В последние годы были разработаны творческие измерения для поиска крошечного влияния квантовой гравитации: либо за счет использования предельной точности в лабораторных экспериментах, либо за счет использования высокоэнергетических частиц, производимых в далекой Вселенной», — объясняет Томас Статтард в Университете Копенгагена, который является членом коллаборации IceCube.

Среди этих новых теорий есть идея о том, что квантовые эффекты неопределенности в сочетании с флуктуациями энергии в космическом вакууме могут оказать ощутимое влияние на кривизну пространства-времени, как это описано в общей теории относительности. Это может привести к созданию «виртуальных черных дыр». Если бы они существовали, эти микроскопические объекты распались бы примерно за планковское время. Это около 10^-44 с и представляет собой наименьший интервал времени, который может быть описан современными физическими теориями.

В результате виртуальные черные дыры невозможно будет обнаружить в лаборатории. Но если они действительно существуют, исследователи предсказывают, что они должны взаимодействовать с нейтрино, изменяя то, как частицы меняют ароматические состояния посредством явления нейтринных осцилляций.

Кубический километр льда

Команда искала доказательства этих взаимодействий в данных, собранных нейтринной обсерваторией IceCube, расположенной на Южном полюсе. IceCube, крупнейшая в мире нейтринная обсерватория, состоит из тысяч датчиков, расположенных на кубическом километре антарктического льда.

Эти датчики обнаруживают характерные вспышки света, создаваемые заряженными лептонами, которые возникают в результате взаимодействия нейтрино со льдом. В этом последнем исследовании команда сосредоточилась на обнаружении IceCube нейтрино высоких энергий, образующихся при взаимодействии космических лучей с атмосферой Земли.

Статтард объясняет, что их поиск не первый в своем роде. «Однако на этот раз мы смогли использовать естественную высокую энергию и большую дальность распространения этих «атмосферных» нейтрино (а не земных источников нейтрино, таких как ускорители частиц или ядерные реакторы), а также высокую статистику, обеспечиваемую огромными размер детектора. Это позволило нам искать эффекты, гораздо более слабые, чем те, которые можно было обнаружить в любом предыдущем исследовании».

Вкусовая композиция

В своем исследовании команда изучила ароматический состав более 300,000 8 нейтрино, наблюдаемых IceCube за XNUMX-летний период. Затем они сравнили этот результат с составом, который они ожидали найти, если бы нейтрино действительно взаимодействовали с виртуальными черными дырами во время своего путешествия через атмосферу.

Даже при чрезвычайной чувствительности, обеспечиваемой IceCube, результаты ничем не отличались от ароматических составов, предсказанных текущей моделью нейтринных осцилляций. На данный момент это означает, что теория виртуальных черных дыр остается без каких-либо убедительных доказательств.

Однако этот нулевой результат позволил команде установить новые ограничения на максимально возможную силу взаимодействий черной дыры и нейтрино, которые на порядки более строгие, чем ограничения, установленные в предыдущих исследованиях.

«Помимо квантовой гравитации, результат также служит демонстрацией того, что нейтрино, по-видимому, действительно остается невозмутимым со стороны своего окружения даже после путешествия на тысячи километров, даже при энергиях нейтрино, превышающих любой искусственный коллайдер», — говорит Стуттард. «Это была замечательная демонстрация квантовой механики на поистине макроскопических расстояниях».

В более широком смысле, результаты команды накладывают новые ограничения на теорию квантовой гравитации в целом, ограничения, которых в настоящее время мало и они редки. «Хотя эта работа отвергает определенные сценарии, квантовая гравитация как концепция, безусловно, не исключается», — добавляет Статтард. «Истинная природа квантовой гравитации может отличаться от предположений, сделанных в этом исследовании, или эффекты могут быть слабее или сильнее подавляться энергией, чем считалось ранее».

Исследование описано в Физика природы.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/search-for-tiny-black-holes-puts-tighter-constraints-on-quantum-gravity/