Деценијама, физичари покушавају да створе модел квантне гравитације који би ујединио квантне
Али неки од модела предвиђају ефекатшто се може истражити у лабораторији: благо кршење фундаменталног квантног принципа познатог као Паулијев принцип искључења. Одређује, на пример, како су електрони распоређени у атомима. Управо на томе раде запослени у пројекту подземне лабораторије ИНФН испод планина Гран Сасо у Италији. Њихов циљ је да траже знаке зрачења изазване таквим кршењем, у виду атомских прелаза забрањених Паулијевим принципом.
У два рада објављена у часописима Пхисицал Ревиев Леттерс и Пхисицал Ревиев Д, научници су описали да ли су у томе успели.
Како функционише Паулијев принцип?
На школским часовима хемије уче да електронираспоређени у атомима само на одређени начин. Испоставило се да је то због Паулијевог принципа искључења. У центру атома је атомско језгро, окружено орбиталама са електронима. Прва орбитала, на пример, садржи само два електрона.
Паулијев принцип искључења, формулисанАустријски физичар Волфанг Паули 1925. године наводи да два електрона не могу имати исто квантно стање. Дакле, у првој орбитали атома, два електрона могу имати супротно усмерене спинове. Ово квантно својство се обично приказује као оса ротације нагоре или надоле, иако електрон нема осу у буквалном смислу.
Квантна гравитациона фотонска трка. Фото: НАСА
У суштини, то значи да материја сама по себи не можепроћи кроз другу. Како објашњавају научници, ово функционише свуда – „ти, ја, ми смо засновани на Паулијевом принципу искључивања“. Најједноставнији пример овог закона је чињеница да људи не могу да пролазе кроз зидове.
Овај принцип важи за све елементарнечестице које припадају истој породици као и електрони и познате су као фермиони. Математички је изведена из фундаменталне теореме познате као теорема спин статистике. Такође, експериментално је потврђен Паулијев принцип искључења. До сада се претпостављало да је ово тачно за све фермионе. Паулијев принцип искључења је један од основних принципа Стандардног модела физике честица.
Кршење принципа
Али према неким спекулативним теоријама,који превазилазе стандардни модел, овај принцип може бити нарушен. Деценијама су физичари трагали за фундаменталном теоријом стварности. Стандардни модел је одличан у објашњавању понашања честица, интеракција и квантних процеса на микро нивоу. Међутим, то не укључује гравитацију.
Дакле, физичари покушавају да развију уједињењетеорија квантне гравитације, чије неке верзије предвиђају да различита својства која леже у основи Стандардног модела, као што је Паулијев принцип искључења, могу бити нарушена у екстремним околностима.
На пример, многи од ових поремећаја су природнијављају у такозваним некомутативним теоријама и моделима квантне гравитације. Једна од најпопуларнијих је теорија струна. Она описује основне честице као сићушне вибрирајуће нити енергије у вишедимензионалним просторима. Неки модели теорије струна такође предвиђају такво кршење.
Тешкоћа верификације
Традиционално се верује да таква предвиђањатешко проверити. Квантна гравитација је "органска" само за места где је огромна количина гравитације концентрисана у малом простору. Најједноставнији пример је центар црне рупе, родно место универзума.
Међутим, аутори нове студије дошли су до алтернативе. Ефекат кршења принципа искључења и теореме спин статистике може се открити у лабораторијским експериментима на Земљи.
Дубоко испод планина Гран Сасо, одмах изван градаЛ'Акуила у Италији, физичари раде на експерименту ВИП-2 како би прекршили Паулијев принцип. Специјални апарат је заснован на дебелом блоку римског олова, поред којег се налази детектор германијума. Покупи мале знакове радијације која долази од метала.
Подземна лабораторија ниске радиоактивности у Гран Сасу.&нбсп;
Фото: Массимилиано Де Део, ЛНГС-ИНФН
Идеја је да ако принцип забранеПаули ће бити прекршен, "забрањена" атомска транзиција ће се десити унутар електроде, генеришући рендгенске зраке са изразитим енергетским сигналом. Ухватиће га детектор германијума.
Свемирска тишина
Лабораторија је била посебно смештена под земљом,јер би зрачење из таквог процеса било толико слабо да би иначе било заглушено општим позадинским зрачењем космичких зрака на Земљи. Како објашњавају италијански научници, њихова лабораторија обезбеђује такозвану космичку тишину – планина Гран Сасо смањује проток космичких зрака милион пута. Међутим, само ово није било довољно.
Фреквенција сигнала коју физичари траже јесамо један или два догађаја дневно или мање. То значи да материјали коришћени у експерименту морају сами бити "радио чисти" - не смеју ништа да емитују. А опрема мора бити заштићена од зрачења стена. На савременим акцелераторима то је немогуће, пишу научници.
Шта су научници урадили?
Након спровођења експеримента у подземној лабораторији,научници нису пронашли доказе о кршењу Паулијевог принципа. Ово искључује неке моделе квантне гравитације. Другим речима, физичари нису ухватили "забрањени" сигнал. У сваком случају, за сада.
Такође, у оквиру пројекта, физичари су анализиралипредвиђања Поенкаре тета модела и одбацили неке верзије модела на Планковој скали (скала на којој се крше познати класични закони гравитације). Поред тога, њихова анализа је у супротности са неким специфичним имплементацијама квантне гравитације.
Шта је следеће?
Истраживачи сада планирају да прошире своје истраживање надруги модели квантне гравитације заједно са кинеским физичарима. Они ће користити нове материјале и методе анализе за тражење слабих сигнала како би "открили ткиво простор-времена", објашњавају аутори експеримената.
„Занимљиво је да неке можемо истражитимодели квантне гравитације са тако високом прецизношћу да је то немогуће урадити на савременим акцелераторима“, закључују научници. "Ово је велики скок и теоретски и експериментално."
Опширније:
17-годишњи инжењер је смислио мотор без магнета: може се користити у електричним возилима
Две планете пронађене су недалеко од Земље. Можда су насељени
Јединствени метеор је поново написао историју Сунчевог система: одакле је дошао
Насловна фотографија: Википедиа