Gadu desmitiem fiziķi ir mēģinājuši izveidot kvantu gravitācijas modeli, kas apvienotu kvantu
Bet daži modeļi prognozē efektuko var izmeklēt laboratorijā: neliels kvantu pamatprincipa, kas pazīstams kā Pauli izslēgšanas princips, pārkāpums. Tas nosaka, piemēram, to, kā elektroni ir izkārtoti atomos. Tieši pie tā strādā INFN pazemes laboratorijas projekta darbinieki zem Gran Sasso kalniem Itālijā. Viņu mērķis ir meklēt šāda pārkāpuma izraisītas radiācijas pazīmes atomu pāreju veidā, ko aizliedz Pauli princips.
Divos rakstos, kas publicēti žurnālos Physical Review Letters un Physical Review D, zinātnieki aprakstīja, vai viņiem tas izdevās.
Kā darbojas Pauli princips?
Skolas ķīmijas stundās viņi māca, ka elektroniizkārtoti atomos tikai noteiktā veidā. Izrādās, tas ir Pauli izslēgšanas principa dēļ. Atoma centrā atrodas atoma kodols, ko ieskauj orbitāles ar elektroniem. Piemēram, pirmajā orbitālē ir tikai divi elektroni.
Pauli izslēgšanas princips, formulētsAustriešu fiziķis Volfangs Pauli 1925. gadā apgalvo, ka diviem elektroniem nevar būt vienāds kvantu stāvoklis. Tātad atoma pirmajā orbitālē diviem elektroniem var būt pretēji vērsti spini. Šo kvantu raksturīgo īpašību parasti attēlo kā augšup vai lejup vērstu rotācijas asi, lai gan elektronam nav ass tiešā nozīmē.
Kvantu gravitācijas fotonu sacīkstes. Foto: NASA
Būtībā tas nozīmē, ka matērija vien nevariziet cauri citai. Kā skaidro zinātnieki, tas darbojas visur - "tu, es, mēs balstāmies uz Pauli izslēgšanas principu." Vienkāršākais šī likuma piemērs ir fakts, ka cilvēki nevar iziet cauri sienām.
Šis princips attiecas uz visiem elementārajiemdaļiņas, kas pieder vienai ģimenei ar elektroniem un ir pazīstamas kā fermions. Tas tika matemātiski iegūts no fundamentālās teorēmas, kas pazīstama kā spin statistikas teorēma. Arī Pauli izslēgšanas princips tika apstiprināts eksperimentāli. Līdz šim tika pieņemts, ka tas attiecas uz visiem fermioniem. Pauli izslēgšanas princips ir viens no daļiņu fizikas standarta modeļa pamatprincipiem.
Principa pārkāpums
Bet saskaņā ar dažām spekulatīvām teorijām,kas pārsniedz standarta modeli, šis princips var tikt pārkāpts. Gadu desmitiem fiziķi ir meklējuši fundamentālu realitātes teoriju. Standarta modelis lieliski izskaidro daļiņu uzvedību, mijiedarbību un kvantu procesus mikro līmenī. Tomēr tas neietver gravitāciju.
Tātad, fiziķi cenšas izstrādāt vienojošukvantu gravitācijas teorija, kuras dažas versijas paredz, ka ārkārtējos apstākļos var tikt pārkāptas dažādas īpašības, kas ir standarta modeļa pamatā, piemēram, Pauli izslēgšanas princips.
Piemēram, daudzi no šiem traucējumiem ir dabiskisastopamas tā sauktajās nekomutatīvajās kvantu gravitācijas teorijās un modeļos. Viena no populārākajām ir stīgu teorija. Viņa apraksta fundamentālās daļiņas kā sīkus vibrējošus enerģijas pavedienus daudzdimensiju telpās. Daži stīgu teorijas modeļi arī paredz šādu pārkāpumu.
Pārbaudes grūtības
Tradicionāli tiek uzskatīts, ka šādas prognozesgrūti pārbaudīt. Kvantu gravitācija ir "organiska" tikai vietām, kur mazā telpā ir koncentrēts milzīgs gravitācijas daudzums. Vienkāršākais piemērs ir melnā cauruma centrs, Visuma dzimtene.
Tomēr jaunā pētījuma autori nāca klajā ar alternatīvu. Izslēgšanas principa un griešanās statistikas teorēmas pārkāpuma ietekmi var konstatēt laboratorijas eksperimentos uz Zemes.
Dziļi zem Gran Sasso kalniem, tieši ārpus pilsētasL'Akvilā Itālijā fiziķi strādā pie VIP-2 eksperimenta, lai pārkāptu Pauli principu. Īpašā aparāta pamatā ir biezs romiešu svina bloks, kuram blakus atrodas germānija detektors. Tas uztver nelielas starojuma pazīmes, kas nāk no metāla.
Zemas radioaktivitātes pazemes laboratorija Gran Sasso.
Foto: Massimiliano De Deo, LNGS-INFN
Ideja ir tāda, ka, ja aizlieguma principsPauli tiks pārkāpts, svina iekšpusē notiks "aizliegta" atomu pāreja, ģenerējot rentgena starus ar izteiktu enerģijas signālu. To uztvers germānija detektors.
Kosmosa klusums
Laboratorija tika īpaši novietota pazemē,jo šāda procesa radītais starojums būtu tik vājš, ka pretējā gadījumā to apslāpētu vispārējais Zemes kosmisko staru fona starojums. Kā skaidro itāļu zinātnieki, viņu laboratorija nodrošina tā saukto kosmisko klusumu – Gran Sasso kalns samazina kosmisko staru plūsmu miljons reižu. Tomēr ar to vien nepietika.
Signāla frekvence, ko meklē fiziķi, irtikai viens vai divi pasākumi dienā vai mazāk. Tas nozīmē, ka eksperimentā izmantotajiem materiāliem pašiem jābūt "radiotīriem" – tie nedrīkst neko izstarot. Un aprīkojums ir jāaizsargā no akmeņu starojuma. Uz mūsdienu paātrinātājiem tas nav iespējams, raksta zinātnieki.
Ko zinātnieki ir izdarījuši?
Pēc eksperimenta veikšanas pazemes laboratorijā,zinātnieki nav atraduši pierādījumus par Pauli principa pārkāpumu. Tas izslēdz dažus kvantu gravitācijas modeļus. Citiem vārdiem sakot, fiziķi neuztvēra "aizliegto" signālu. Lai nu kā, pagaidām.
Tāpat projekta ietvaros fiziķi analizējaPuankarē teta modeļa prognozes un izslēdza dažas modeļa versijas Planka skalā (skalā, kurā tiek pārkāpti zināmie klasiskie gravitācijas likumi). Turklāt to analīze ir pretrunā dažām specifiskām kvantu gravitācijas ieviešanām.
Kas tālāk?
Pētnieki tagad plāno paplašināt savu pētījumuciti kvantu gravitācijas modeļi kopā ar ķīniešu fiziķiem. Viņi izmantos jaunus materiālus un analīzes metodes, lai meklētu vājus signālus, lai "atklātu telpas-laika audumu", skaidro eksperimentu autori.
"Interesanti ir tas, ka mēs varam dažus izpētītkvantu gravitācijas modeļi ar tik augstu precizitāti, ka to nav iespējams izdarīt ar mūsdienu paātrinātājiem, ”secina zinātnieki. "Tas ir liels lēciens gan teorētiski, gan eksperimentāli."
Lasīt vairāk:
17 gadus vecs inženieris nāca klajā ar bezmagnētisku motoru: to var izmantot elektriskajos transportlīdzekļos
Netālu no Zemes ir atrastas divas planētas. Varbūt viņi ir apdzīvoti
Unikāls meteors pārrakstīja Saules sistēmas vēsturi: no kurienes tas radās
Vāka foto: Wikipedia