Onlarca yıldır fizikçiler kuantumu birleştirecek bir kuantum yerçekimi modeli yaratmaya çalışıyorlar.
Ancak bazı modeller etkiyi tahmin ediyorlaboratuvarda araştırılabilecek olan: Pauli dışlama ilkesi olarak bilinen temel bir kuantum ilkesinin hafif bir ihlali. Örneğin, elektronların atomlarda nasıl düzenlendiğini belirler. İtalya'daki Gran Sasso dağlarının altındaki INFN yer altı laboratuvar projesinin çalışanları da tam olarak bunun üzerinde çalışıyor. Amaçları, böyle bir ihlalin neden olduğu radyasyon belirtilerini, Pauli ilkesi tarafından yasaklanan atomik geçişler biçiminde aramaktır.
Physical Review Letters ve Physical Review D dergilerinde yayınlanan iki makalede, bilim adamları başarılı olup olmadıklarını açıkladılar.
Pauli prensibi nasıl çalışır?
Okul kimya derslerinde, elektronlarınatomlarda yalnızca belirli bir şekilde düzenlenmiştir. Bunun Pauli dışlama ilkesinden kaynaklandığı ortaya çıktı. Bir atomun merkezinde, elektronlarla dolu yörüngelerle çevrili atom çekirdeği bulunur. Örneğin, ilk yörünge sadece iki elektron içerir.
Formüle edilen Pauli dışlama ilkesiAvusturyalı fizikçi Wolfang Pauli 1925'te iki elektronun aynı kuantum durumuna sahip olamayacağını belirtir. Yani, bir atomun birinci yörüngesinde, iki elektron ters yönde dönüşlere sahip olabilir. Elektronun tam anlamıyla bir ekseni olmamasına rağmen, bu kuantum içsel özelliği genellikle yukarı veya aşağı bir dönme ekseni olarak tasvir edilir.
Kuantum yerçekimi foton yarışı. Fotoğraf: NASA
Esasen bu, maddenin tek başınadiğerinden geçmek Bilim adamlarının açıkladığı gibi, bu her yerde işe yarıyor - "sen, ben, biz Pauli dışlama ilkesini temel alıyoruz." Bu yasanın en basit örneği, insanların duvarlardan geçememesidir.
Bu ilke tüm temelelektronlarla aynı aileye ait olan ve fermiyonlar olarak bilinen parçacıklardır. Spin istatistikleri teoremi olarak bilinen temel bir teoremden matematiksel olarak türetilmiştir. Ayrıca Pauli dışlama ilkesi deneysel olarak doğrulanmıştır. Şimdiye kadar, bunun tüm fermiyonlar için doğru olduğu varsayılmıştır. Pauli dışlama ilkesi, parçacık fiziğinin Standart Modelinin temel ilkelerinden biridir.
İlkenin ihlali
Ancak bazı spekülatif teorilere göre,Standart Modelin ötesine geçen, bu ilke ihlal edilebilir. Onlarca yıldır fizikçiler temel bir gerçeklik teorisi arıyorlar. Standart Model, parçacık davranışını, etkileşimleri ve kuantum süreçlerini mikro düzeyde açıklamada mükemmeldir. Ancak, yerçekimi içermez.
Yani, fizikçiler birleştirici bir şey geliştirmeye çalışıyorlar.Bazı versiyonları, Pauli dışlama ilkesi gibi Standart Modelin altında yatan çeşitli özelliklerin aşırı koşullar altında ihlal edilebileceğini öngören kuantum yerçekimi teorisi.
Örneğin, bu bozuklukların çoğu doğal olaraksözde değişmeli olmayan teorilerde ve kuantum yerçekimi modellerinde meydana gelir. En popülerlerinden biri sicim teorisidir. Temel parçacıkları çok boyutlu uzaylarda titreşen küçük enerji iplikçikleri olarak tanımlıyor. Bazı sicim teorisi modelleri de böyle bir ihlali öngörüyor.
Doğrulama zorluğu
Geleneksel olarak bu tür tahminlerin olduğuna inanılmaktadır.kontrol etmek zor. Kuantum yerçekimi, yalnızca büyük miktarda yerçekiminin küçük bir alanda yoğunlaştığı yerler için "organik"tir. En basit örnek, evrenin doğum yeri olan kara deliğin merkezidir.
Ancak, yeni çalışmanın yazarları bir alternatif buldu. Dışlama ilkesini ve spin istatistik teoremini ihlal etmenin etkisi, Dünya üzerindeki laboratuvar deneylerinde tespit edilebilir.
Gran Sasso dağlarının derinliklerinde, şehrin hemen dışındaİtalya'daki L'Aquila'da fizikçiler Pauli ilkesini ihlal etmek için VIP-2 deneyi üzerinde çalışıyorlar. Özel aparat, yanında bir germanyum dedektörünün bulunduğu kalın bir Roma kurşun bloğuna dayanmaktadır. Metalden gelen küçük radyasyon işaretlerini yakalar.
Gran Sasso'daki düşük radyoaktivite yeraltı laboratuvarı.
Fotoğraf: Massimiliano De Deo, LNGS-INFN
Fikir şu ki, eğer yasaklama ilkesiPauli ihlal edilecek, kurşunun içinde farklı bir enerji sinyali ile X-ışınları üreten "yasak" bir atomik geçiş olacak. Bir germanyum detektörü tarafından alınacaktır.
Uzay sessizliği
Laboratuvar özel olarak yer altına yerleştirildi,çünkü böyle bir süreçten gelen radyasyon o kadar zayıf olacaktır ki, aksi takdirde Dünya'daki kozmik ışınlardan gelen genel arka plan radyasyonu tarafından boğulacaktır. İtalyan bilim adamlarının açıkladığı gibi, laboratuvarları sözde kozmik sessizliği sağlıyor - Gran Sasso Dağı kozmik ışınların akışını bir milyon kat azaltıyor. Ancak bu tek başına yeterli değildi.
Fizikçilerin aradığı sinyalin frekansıgünde sadece bir veya iki olay veya daha az. Bu, deneyde kullanılan malzemelerin kendilerinin "radyo-temiz" olması gerektiği anlamına gelir - hiçbir şey yaymamalıdırlar. Ve ekipman, kayaların radyasyonundan korunmalıdır. Bilim adamları, modern hızlandırıcılarda bunun imkansız olduğunu yazıyor.
Bilim adamları ne yaptı?
Bir yeraltı laboratuvarında bir deney yaptıktan sonra,bilim adamları Pauli ilkesinin ihlal edildiğine dair hiçbir kanıt bulamadılar. Bu, bazı kuantum yerçekimi modellerini hariç tutar. Başka bir deyişle, fizikçiler "yasak" sinyalini yakalayamadılar. Her neyse, şimdilik.
Ayrıca, proje kapsamında fizikçiler analiz ettiPoincaré teta modelinin tahminleri ve Planck ölçeğindeki (bilinen klasik yerçekimi yasalarının ihlal edildiği ölçek) modelin bazı versiyonlarını dışladı. Ek olarak, analizleri, kuantum yerçekiminin bazı özel uygulamalarıyla çelişiyor.
Sırada ne var?
Araştırmacılar şimdi araştırmalarını genişletmeyi planlıyorlar.Çinli fizikçilerle birlikte kuantum yerçekiminin diğer modelleri. Deneylerin yazarları, "uzay-zamanın dokusunu ortaya çıkarmak" için zayıf sinyalleri aramak için yeni malzemeler ve analiz yöntemleri kullanacaklarını açıklıyor.
"İlginç olan şu ki, bazılarını keşfedebiliriz.bilim adamları, modern hızlandırıcılarda yapmanın imkansız olduğu kadar yüksek doğrulukla kuantum yerçekimi modelleri ”dedi. "Bu hem teorik hem de deneysel olarak büyük bir sıçrama."
Daha fazla oku:
17 yaşındaki mühendis, mıknatıssız bir motor buldu: elektrikli araçlarda kullanılabilir
Dünya'dan çok uzak olmayan iki gezegen bulundu. Belki de yerleşiktirler
Eşsiz bir meteor, güneş sisteminin tarihini yeniden yazdı: nereden geldi?
Kapak fotoğrafı: Vikipedi