Нові спостереження за ароматичним складом атмосферних нейтрино не виявили переконливих доказів мізерних, короткоживучих чорних дір, які були передбачені деякими теоріями квантової гравітації. Дослідження було проведено дослідниками за допомогою Нейтринна обсерваторія IceCube на Південному полюсі, і результат накладає одні з найжорсткіших обмежень на природу квантової гравітації.
Розробка життєздатної теорії квантової гравітації є одним із найбільших завдань у фізиці. Сьогодні гравітація дуже добре описується загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна, яка несумісна з квантовою теорією. Одна важлива відмінність полягає в тому, що загальна теорія відносності використовує кривизну простору-часу для пояснення гравітаційного тяжіння, тоді як квантова теорія базується на плоскому просторі-часі.
Знайти шлях вперед є складним завданням, оскільки дві теорії працюють у дуже різних енергетичних масштабах, що робить проведення експериментів, які перевіряють теорії квантової гравітації, дуже складним.
«Творчі виміри»
«Останніми роками були розроблені креативні вимірювання для пошуку крихітного впливу квантової гравітації: або за допомогою використання надзвичайної точності в лабораторних експериментах, або за допомогою використання високоенергетичних частинок, вироблених у далекому Всесвіті», — пояснює. Томас Штутард в Університеті Копенгагена, який є членом колаборації IceCube.
Серед цих нових теорій є ідея про те, що квантові ефекти невизначеності в поєднанні з енергетичними флуктуаціями у вакуумі простору можуть мати відчутний вплив на кривизну простору-часу, як це описано загальною теорією відносності. Це може призвести до створення «віртуальних чорних дір». Якщо вони існують, ці мікроскопічні об’єкти розпадуться за планківським часом. Це приблизно 10-44 s і є найменшим інтервалом часу, який можна описати сучасними фізичними теоріями.
У результаті віртуальні чорні діри неможливо було б виявити в лабораторії. Але, якщо вони дійсно існують, дослідники передбачають, що вони повинні взаємодіяти з нейтрино, змінюючи те, як частинки змінюють смакові стани за допомогою явища осциляції нейтрино.
Кубічний кілометр льоду
Команда шукала докази цих взаємодій у даних, зібраних нейтринною обсерваторією IceCube, розташованою на Південному полюсі. Як найбільша у світі обсерваторія нейтрино, IceCube складається з тисяч датчиків, розташованих по всьому кубічному кілометру антарктичного льоду.
Ці датчики виявляють характерні спалахи світла, створені зарядженими лептонами, які утворюються, чому нейтрино взаємодіють з льодом. У цьому останньому дослідженні команда зосередилася на виявленні IceCube нейтрино високої енергії, що утворюються під час взаємодії космічних променів з атмосферою Землі.
Штуттард пояснює, що їхній пошук не перший у своєму роді. «Однак цього разу ми змогли використати природну високу енергію та велику відстань поширення цих «атмосферних» нейтрино (а не земні джерела нейтрино, такі як прискорювачі елементарних частинок або ядерні реактори), а також високу статистику, яку надає величезна кількість нейтрино. розмір детектора. Це дозволило нам шукати ефекти, набагато слабкіші, ніж це можна було дослідити в будь-якому попередньому дослідженні».
Смакова композиція
У своєму дослідженні команда вивчила смаковий склад понад 300,000 8 нейтрино, за якими IceCube спостерігав протягом XNUMX років. Потім вони порівняли цей результат із складом, який вони очікували знайти, якщо нейтрино справді взаємодіяли з віртуальними чорними дірами під час їхньої подорожі крізь атмосферу.
Навіть з надзвичайною чутливістю, запропонованою IceCube, результати нічим не відрізнялися від смакових композицій, передбачених поточною моделлю осциляцій нейтрино. Наразі це означає, що теорія віртуальних чорних дір залишається без переконливих доказів.
Наближення до вимірювання квантової гравітації
Однак цей нульовий результат дозволив команді встановити нові обмеження на максимально можливу силу взаємодії чорної діри з нейтрино, які на порядки суворіші, ніж обмеження, встановлені в попередніх дослідженнях.
«Окрім квантової гравітації, результат також служить для демонстрації того, що нейтрино, здається, справді не зачіпає навколишнє середовище навіть після того, як пройде тисячі кілометрів, навіть якщо енергія нейтрино перевищує енергію будь-якого штучного коллайдера», — говорить Штуттард. «Це була чудова демонстрація квантової механіки на справді макроскопічних відстанях».
У більш широкому плані висновки команди накладають нові обмеження на теорію квантової гравітації в цілому, обмеження, яких наразі небагато. «Хоча ця робота відкидає певні сценарії, квантова гравітація як концепція, звичайно, не виключається», — додає Штуттард. «Справжня природа квантової гравітації може відрізнятися від припущень, зроблених у цьому дослідженні, або ефекти можуть бути слабшими або сильніше придушеними енергією, ніж вважалося раніше».
Дослідження описано в Фізика природи.
- Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
- ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
- джерело: https://physicsworld.com/a/search-for-tiny-black-holes-puts-tighter-constraints-on-quantum-gravity/
