Η αναζήτηση για μικροσκοπικές μαύρες τρύπες θέτει αυστηρότερους περιορισμούς στην κβαντική βαρύτητα - Physics World

Νέες παρατηρήσεις της σύνθεσης γεύσης των ατμοσφαιρικών νετρίνων δεν έχουν αποκαλύψει οριστικά στοιχεία για τις μικροσκοπικές, βραχύβιες μαύρες τρύπες που έχουν προβλεφθεί από ορισμένες θεωρίες κβαντικής βαρύτητας. Η μελέτη έγινε από ερευνητές χρησιμοποιώντας το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube στον Νότιο Πόλο και το αποτέλεσμα θέτει μερικούς από τους πιο αυστηρούς περιορισμούς που έχουν υπάρξει ποτέ στη φύση της κβαντικής βαρύτητας.

Η ανάπτυξη μιας βιώσιμης θεωρίας της κβαντικής βαρύτητας είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη φυσική. Σήμερα, η βαρύτητα περιγράφεται πολύ καλά από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein, η οποία είναι ασύμβατη με την κβαντική θεωρία. Μια σημαντική διαφορά είναι ότι η γενική σχετικότητα επικαλείται την καμπυλότητα χωροχρόνου για να εξηγήσει τη βαρυτική έλξη ενώ η κβαντική θεωρία βασίζεται στον επίπεδο χώρο-χρόνο.

Η εύρεση ενός τρόπου προς τα εμπρός είναι πρόκληση, επειδή οι δύο θεωρίες λειτουργούν σε πολύ διαφορετικές ενεργειακές κλίμακες, γεγονός που καθιστά πολύ δύσκολη την πραγματοποίηση πειραμάτων που δοκιμάζουν τις θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας.

«Δημιουργικές μετρήσεις»

«Τα τελευταία χρόνια έχουν επινοηθεί δημιουργικές μετρήσεις για την αναζήτηση της μικροσκοπικής επιρροής της κβαντικής βαρύτητας: είτε μέσω της χρήσης εξαιρετικής ακρίβειας σε εργαστηριακά πειράματα είτε με την εκμετάλλευση των εξαιρετικά ενεργητικών σωματιδίων που παράγονται στο μακρινό σύμπαν», εξηγεί. Thomas Stuttard στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, ο οποίος είναι μέλος της συνεργασίας IceCube.

Μεταξύ αυτών των νέων θεωριών είναι η ιδέα ότι τα κβαντικά αποτελέσματα της αβεβαιότητας, σε συνδυασμό με τις ενεργειακές διακυμάνσεις στο κενό του χώρου, θα μπορούσαν να έχουν απτή επίδραση στην καμπυλότητα του χωροχρόνου, όπως περιγράφεται από τη γενική σχετικότητα. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία «εικονικών μαύρων τρυπών». Εάν υπάρχουν, αυτά τα μικροσκοπικά αντικείμενα θα διασπώνται κατά την τάξη του χρόνου Planck. Αυτό είναι περίπου 10^-44 s και είναι το μικρότερο χρονικό διάστημα που μπορεί να περιγραφεί από τις τρέχουσες φυσικές θεωρίες.

Ως αποτέλεσμα, οι εικονικές μαύρες τρύπες θα ήταν αδύνατο να εντοπιστούν στο εργαστήριο. Αλλά, εάν υπάρχουν πραγματικά, οι ερευνητές προβλέπουν ότι θα πρέπει να αλληλεπιδράσουν με τα νετρίνα, αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια αλλάζουν τις γευστικές καταστάσεις μέσω του φαινομένου της ταλάντωσης των νετρίνων.

Κυβικό χιλιόμετρο πάγου

Η ομάδα αναζήτησε στοιχεία αυτών των αλληλεπιδράσεων σε δεδομένα που συνέλεξε το Παρατηρητήριο Νετρίνων IceCube, που βρίσκεται στο Νότιο Πόλο. Ως το μεγαλύτερο παρατηρητήριο νετρίνων στον κόσμο, το IceCube αποτελείται από χιλιάδες αισθητήρες τοποθετημένους σε ένα κυβικό χιλιόμετρο πάγου της Ανταρκτικής.

Αυτοί οι αισθητήρες ανιχνεύουν διακριτικές λάμψεις φωτός που δημιουργούνται από φορτισμένα λεπτόνια που παράγονται γιατί τα νετρίνα αλληλεπιδρούν με τον πάγο. Σε αυτή την τελευταία μελέτη, η ομάδα επικεντρώθηκε στις ανιχνεύσεις IceCube των νετρίνων υψηλής ενέργειας που παράγονται όταν οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα της Γης.

Η Stuttard εξηγεί ότι η αναζήτησή τους δεν είναι η πρώτη του είδους της. «Αυτή τη φορά, ωστόσο, μπορέσαμε να εκμεταλλευτούμε τη φυσικά υψηλή ενέργεια και τη μεγάλη απόσταση διάδοσης αυτών των «ατμοσφαιρικών» νετρίνων (αντί των γήινων πηγών νετρίνων, όπως επιταχυντές σωματιδίων ή πυρηνικοί αντιδραστήρες), καθώς και τα υψηλά στατιστικά στοιχεία που παρέχονται από την τεράστια μέγεθος ανιχνευτή. Αυτό μας επέτρεψε να αναζητήσουμε αποτελέσματα πολύ πιο αδύναμα από ό,τι μπορεί να διερευνηθεί από οποιαδήποτε προηγούμενη μελέτη».

Γευστική σύνθεση

Στη μελέτη τους, η ομάδα εξέτασε τη γευστική σύνθεση περισσότερων από 300,000 νετρίνων, που παρατηρήθηκαν από το IceCube σε μια περίοδο 8 ετών. Στη συνέχεια συνέκριναν αυτό το αποτέλεσμα με τη σύνθεση που περίμεναν να βρουν εάν τα νετρίνα είχαν πράγματι αλληλεπιδράσει με εικονικές μαύρες τρύπες στο ταξίδι τους στην ατμόσφαιρα.

Ακόμη και με την εξαιρετική ευαισθησία που προσφέρει το IceCube, τα αποτελέσματα δεν διέφεραν καθόλου από τις γευστικές συνθέσεις που προβλέπονται από το τρέχον μοντέλο ταλάντωσης νετρίνων. Προς το παρόν, αυτό σημαίνει ότι η θεωρία των εικονικών μαύρων τρυπών παραμένει χωρίς οριστικά στοιχεία.

Πλησιάζουμε περισσότερο στη μέτρηση της κβαντικής βαρύτητας

Ωστόσο, αυτό το μηδενικό αποτέλεσμα επέτρεψε στην ομάδα να θέσει νέα όρια στη μέγιστη δυνατή ισχύ των αλληλεπιδράσεων μαύρης τρύπας-νετρίνο, τα οποία είναι τάξεις μεγέθους πιο αυστηρά από τα όρια που τέθηκαν σε προηγούμενες μελέτες.

«Εκτός από την κβαντική βαρύτητα, το αποτέλεσμα χρησιμεύει επίσης για να δείξει ότι το νετρίνο φαίνεται να παραμένει πραγματικά ατάραχο από το περιβάλλον του ακόμα και μετά από ταξίδι χιλιάδων χιλιομέτρων, ακόμη και για ενέργειες νετρίνων που υπερβαίνουν κάθε ανθρωπογενή επιταχυντή», λέει ο Stuttard. "Αυτή ήταν μια αξιοσημείωτη επίδειξη της κβαντικής μηχανικής σε πραγματικά μακροσκοπικές αποστάσεις."

Ευρύτερα, τα ευρήματα της ομάδας θέτουν νέους περιορισμούς στη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας στο σύνολό της, περιορισμούς που επί του παρόντος είναι ελάχιστοι. «Ενώ αυτό το έργο απορρίπτει ορισμένα σενάρια, η κβαντική βαρύτητα ως έννοια σίγουρα δεν αποκλείεται», προσθέτει ο Stuttard. «Η πραγματική φύση της κβαντικής βαρύτητας μπορεί να διαφέρει από τις υποθέσεις που έγιναν σε αυτή τη μελέτη ή τα αποτελέσματα μπορεί να είναι πιο αδύναμα ή πιο έντονα κατασταλμένα με ενέργεια από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως».

Η έρευνα περιγράφεται στο Φυσική της Φύσης.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/search-for-tiny-black-holes-puts-tighter-constraints-on-quantum-gravity/