Дискретность пространства-времени предложили проверить
Американские физики-теоретики придумали эксперимент, который может измерить дискретность нашего пространства-времени с точностью до 10-31 метра, что в десять триллионов раз превышает точность предыдущих измерений. Для этого ученые рассчитали поправки к гамильтониану Дирака, возникающие за счет дискретности пространства-времени, и оценили, как они влияют на разность фаз нейтронов, которые пролетают через интерферометр Маха — Цендера. Исследователи считают, что при небольшой модификации эксперимента его точность сравнится с планковской длиной. Статья опубликована в Physical Review D, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.
Как правило, физики считают пространство-время непрерывным: чтобы различить очень короткие расстояния, нужны частицы с очень большими энергиями, а в повседневной жизни редко встречаются энергии выше одного мегаэлектронвольта (рентгеновское и гамма-излучение). Однако это не значит, что пространство-время действительно непрерывно. При энергиях и расстояниях, сравнимых с планковским масштабом (Ep ~ 1019 мегаэлектронвольт и Lp ~ 10-35 метров), Стандартная модель и общая теория относительности перестают работать — следовательно, пространство-время может сильно исказиться. В частности, оно может оказаться дискретным. Более того, некоторые физики считают, что при таких высоких энергиях понятия пространства и времени вообще теряют смысл, и говорить об их свойствах нельзя.
Кроме того, искажение структуры пространства-времени нарушает лоренц-инвариантность — одно из важнейших свойств известных физических законов. Грубо говоря, лоренц-инвариантность законов означает, что они не меняются при произвольных сдвигах и поворотах (в том числе бустах). Очевидно, что в дискретном пространстве-времени лоренц-инвариантность нарушается — причем на высоких энергиях, на которых длина волны частицы сравнима с шагом решетки, нарушение заметить легче всего. Конечно, на практике физикам еще очень далеко до таких энергий: энергия протонов Большого адронного коллайдера находится на уровне ELHC ~ 104 мегаэлектронвольт (то есть 10-15Ep), а энергия самых быстрых космических частиц не превышает Eparticle ~ 1011 мегаэлектронвольт (10-8Ep). Поэтому лоренц-инвариантность известных физических законов нарушается очень слабо. Тем не менее, даже такие слабые нарушения могут сыграть важную роль: например, благодаря им возможны осцилляции безмассовых нейтрино и вакуумное черенковское излучение.
Впервые последствия нарушения лоренц-инвариантности рассмотрел еще в 1951 году Поль Дирак, а работы Сидни Коулмана и Шелдона Глешоу, написанные в 1990-х годах и развивающие идеи Дирака, заставили физиков задуматься об экспериментальной проверке этой гипотезы. В настоящее время универсальной моделью, которая описывает всевозможные нарушения лоренц-инвариантности, является так называемое Расширение Стандартной модели (Standard Model Extension, SME); в этой теории отклонения от Стандартной модели описываются маленькими безразмерными параметрами. Сообщения экспериментов, которые измеряют эти параметры, выходят несколько раз в месяц, однако до сих пор ученые так и не смогли обнаружить нарушения лоренц-инвариантности. Тем не менее, исследователи продолжают повышать точность установок, надеясь уловить следы «физики планковских энергий».
Физики-теоретики Тодд Брун (Todd Brun) и Леонард Млодинов (Leonard Mlodinow) предложили схему нового эксперимента, который способен почувствовать дискретность пространства-времени и сопровождающее его нарушение лоренц-инвариантности с точностью, по меньшей мере, в десять триллионов раз превышающей точность существующих измерений. Для этого ученые рассмотрели дискретное пространство, представляющее собой трехмерную объемно-центрированную кубическую решетку (bcc) с длиной ребра -x, по которой точечная частица перемещается за счет квантовых случайных блужданий (quantum walks). Другими словами, в каждый «тик» дискретного времени частица с определенной вероятностью перемещается в соседние вершины решетки и переходит в суперпозицию состояний, в которых она одновременно находится в каждой из соседних вершин. Кроме того, частица обладает внутренними степенями свободы (спином). Затем физики выписали унитарный оператор, который описывает такие блуждания, перешли в импульсное представление и сравнили его с оператором, который индуцируется некоторым не зависящим от времени гамильтонианом. В результате ученые показали, что в лидирующем приближении дискретная теория совпадает с теорией Дирака, описывающей движение массивных фермионов (например, электронов). Кроме того, исследователи рассчитали первую поправку к гамильтониану, пропорциональную малому параметру k-x (k — волновой вектор частицы). Физики подчеркивают, что теории совпадают только в случае объемно-центрированной решетки, однако этот факт не исключает дискретные теории, основанные на других решетках: авторы считают, что во всех дискретных теориях возможно разложение по малому параметру, которое хотя бы качественно воспроизводит полученные результаты.
Затем ученые нашли поправки к энергетическому спектру частиц, которые возникают из-за различий между дискретным и дираковским гамильтонианом, и предложили схему экспериментальной установки, которая может почувствовать такие отличия. Для этого ученые рассмотрели непараллельный интерферометр Маха — Цендера. Каждое плечо такого интерферометра разбивается на два сегмента: длинный сегмент направлен под небольшим углом к горизонтали, короткий сегмент смотрит почти вертикально. Между волновыми функциями фермионов, которые пролетают через плечи интерферометра, набегает фаза, пропорциональная поправке к дираковскому гамильтониану. Используя найденное выражение для этой поправки, физики рассчитали, как разница фаз зависит от ориентации интерферометра относительно решетки дискретного пространства и от соотношений между коротким и длинным сегментом плеча интерферометра.
Наконец, исследователи оценили, можно ли измерить набежавшую разность фаз на реальных установках. В качестве фермионов, бегущих по интерферометру, физики выбрали тепловые нейтроны с импульсом порядка 10-24 килограмм на метр в секунду. Типичный интерферометр, который работает с такими частицами, имеет длину плеча около десяти сантиметров и может измерить разность фаз с точностью порядка одной сотой радиана. По оценкам ученых, такая чувствительность позволяет заметить дискретность решетки с шагом не менее 10-27 метров. Более того, отдельные нейтронные интерферометры «чувствуют» разность фаз порядка 10-6 радиан, что отвечает шагу решетки порядка 10-31 метров. Это в десять триллионов раз точнее экспериментов на Большом адронном коллайдере и всего в десять тысяч раз больше планковской длины. По словам ученых, преодолеть разрыв будет сравнительно легко: достаточно увеличить длину плеча интерферометра и усреднить собранные данные по большому промежутку времени. Таким образом, предложенный эксперимент может стать первым в истории экспериментом, который доберется до планковских масштабов.
Помимо дискретности пространства-времени, физики рассматривают и другие механизмы нарушения лоренц-инвариантности — например, «расширяют» Стандартную модель, добавляя в нее новые взаимодействия. Такие расширения могут исказить скорость света, деформировать галактические диски и даже нарушить принцип эквивалентности, который постулирует равенство инертной и гравитационной массы. Подробно прочитать про то, как ученые придумывают такие механизмы, можно в нашем материале «На пути к теории всего». Впрочем, несмотря на активность теоретиков, которые придумывают и изучают альтернативные теории, на практике нарушения лоренц-инвариантности пока еще не наблюдались.
Источник
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - ...
Последние аномальные новости

Археолог развенчал миф инопланетных заговоров

В особняке основателя Playboy водится привидение

Вымершую восточную пуму заметили в Северной Каролине

Дальнобойщик 40 лет притворялся пришельцем

Данные о пирамидах Антарктиды тщательно засекретили

Загадочные гигантские объекты в центре галактики

Инопланетяне вселяются в людей и сводят их с ума

Инопланетяне устанавливают контакт с собаками

Как ученые используют Землю для поиска инопланетной жизни

Какие планеты отвечают за знаки зодиака

Магма может приносить на поверхность обитающих под землей тварей

Малахов узнал новые подробности трагедии на перевале Дятлова

Мистические места России. Медведицкая гряда

Мужчину чуть не свела с ума хозяйственная мышь

Нибиру добралась до Санкт-Петербурга

НЛО заметили над Челябинском

Огромный НЛО пролетел рядом с МКС

Озеро Мичиган покрылось ледяным ковром из иголок

Откопали загадочную фабрику времен Древнего Рима

Плотоядный гном мучает семью из Тринидада

Правда о трагедии на перевале Дятлова или о чем не знает Малахов

Президент России - путешественник во времени

Розовые слоны все же бывают

Секретные данные о гибели группы Дятлова

Скоростные НЛО замечены над поверхностью Луны

Способы улучшить ситуацию, когда все идет крахом

Странная экзопланета может уничтожить Землю

Странные облака появляются все чаще

Таинственные сооружения Антарктиды

Тайны пещер Калимантана

Билл Гейтс сравнил искусственный интеллект с ядерным оружием

Британские военные спрятались в противоатомный бункер

Волочащего ноги тролля сняли в Дании

Жителям Адыгеи презентуют фильм 'Дольмен'

Жуткий оборотень

Загадочные овраги с привидениями

Земля - охраняемый инопланетянами зоопарк

Зона 51 - сверхсекретная пустышка

Каменная Могила. Что скрывает украинский Стоунхендж

Космическая мифология. От марсианских атлантов до лунного заговора

Малахов завершил съёмки на перевале Дятлова

Мистический Кемерово. Утопленники, призраки и бессмертные маньяки

Миф о посещении Земли инопланетянами

Монстр с болота Майнсинг

Мужчина погиб, не надев волшебные доспехи

На Лос-Анджелес упал маневрирующий метеорит

Над долиной Прескотт замечен НЛО

Несмотря на то, что надвигается катастрофа, паниковать не надо

Одержимый стул на веранде

Оранг Икан. Русалки из Индонезии

Очень странное существо

Перевал Дятлова. Первые итоги расследования

Перевал Дятлова. Шесть версий того, что произошло на самом деле

Роботы делают открытия вместо ученых

Снижение употребления калорий продлевает жизнь

Стала известна точная дата конца света

Страшная гаргулья

США испытают в космосе нейтронное оружие

Тени животных

Чупакабра убила кроликов в Татарстане

Легкое оригами для вашего ребенка

Естественный и искусственный отбор. Двигатели эволюции

Что влечет за собой скрытие с места ДТП

Боевые корабли инопланетян летят к Земле

В Китае клонировали гениальную собаку-детектива

В начале были сейды

Ванга спрогнозировала начало Третьей мировой войны

Дедушка стал призраком

Демон в шкафу и тени

Женщина лишилась волос после отказа от мяса

Женщина родила ребенка с эмбрионом внутри

Жуткий ребенок в доме

Загадка телепортации сквозь стену

Загадочные космические алмазы

Инопланетяне любят посещать Землю в День святого Патрика

Клонирование Месси оказалось возможным

Мальчик поставил рекорд по отжиманиям на брусьях

Мумию инопланетянина нашли в Египте

Пенсионер больше получаса простоял в планке

Пенсионерку, пожелавшую ареста, заковали в наручники

Перевал Дятлова. Что произошло за сутки до загадочных событий

Преданный пес повредил лапы в погоне за бросившими его хозяевами

Призрак или сбой Матрицы

Рецензия на сериал 'Проект Синяя книга' об НЛО и пришельцах

Сергей Дружко возвращается с программой 'За гранью реального'

Скульптура младенца Христа заплакала в Акапулько

Старое зеркало

Старые и новые версии гибели группы Дятлова

Темную материю предложили ловить нанопроводами

Установили родство между дольменной и майкопской культурами

Человекоподобную мумию нашли на Марсе

Черная дыра образовалась над Хибинами

Черный шар и советские инженеры во Вьетнаме

Астероид Бенну демонстрирует необъяснимую активность

Большой звездолет замечен на орбите Земли

Видимые следы избиений и пыток на телах группы Дятлова

Вся правда о планете Нибиру

Гало-двигатель разгонит корабль почти до скорости света

Девочка проглотила магнитные бусины и собрала в желудке браслет

Деревня, где никого не хоронят, не рожают и не животных

Загадочные места Крыма

Зонд НАСА раскрыл секрет рождения астероида судного дня

Инсайдер QAnon выдал очередное предупреждение

Искусственный интеллект не убьет людей, а улучшит их

Куда пропали смотрители маяка Эйлин-Мор

Луна Червя завершит годовой цикл из трех супер-луний

Малахов добрался до могилы группы Дятлова

Малахов разберётся в гибели группы Дятлова

На астероиде Рюгу обнаружили водосодержащие минералы

На загадочном острове нашли кусок исчезнувшего континента

Найден артефакт из затерянного храма неизвестного божества

Нибиру заметили возле Солнца

Нибиру спровоцировала извержение вулкана в Мексике

НЛО замечены в небе над Нью-Джерси

Оплодотворивший 48 пациенток гинеколог отделался годом тюрьмы условно

Опровергнуто популярное представление о зарождении Вселенной

Показали испытания летающего байка

Призрак солдата замечен на фото 1920-х годов

Родился аномально крупный ребенок

Россия подтверждает существование галлюцинаторного оружия

Странные исчезновения в Исландии

Таинственный миллиардер заводит детей по всему миру

Угарный газ может оказаться признаком жизни

В Москве обсудят возможность существования жизни на Венере

Выявлено существование необычных технологий у древних египтян

Гадалку посадили по делу о хищении двух миллиардов рублей

Девушка 14 лет питается исключительно гамбургерами

Древний разбившийся корабль нашли на Марсе

Люди могут физически ощущать магнитное поле

Людям стоит задуматься о переселении на Титан

Мистические места России. Молебский треугольник

На Венеру отправят аэростат с микроскопом для поиска бактерий

Неизвестное науке явление заметили в Антарктиде

Нечто в космосе вызывает у человека герпес

Нечто запечатлели в поселке Геттисберг

Пожар в церкви не тронул библии и деревянные кресты

Полтергейст угнал детский велосипед

Портал в Ад открылся над Арабскими Эмиратами

Создают спектрограф для исследований экзопланет

Странный сонный паралич или астральное путешествие

Только 19% американцев доверяют беспилотным автомобилям

Шестерых участников полета к Луне заперли на четыре месяца

Экспедиция отправится в Красноярский край к месту падения метеорита

Как завести машину если сел аккумулятор

Апокалипсис начнется 22 марта

Вертолёт санитарной авиации сообщил о НЛО над Лас-Вегасом

Гигантские мегалиты древнего Китая

Женщина родила шестерых близнецов за девять минут

Женщину затянуло в могилу ее родителей

Загадочный марсианский кратер в степи под Волгоградом

Знаки зодиака с даром колдовства

Интересные факты, связанные с НЛО

Китай строит космическую электростанцию

Колонизация экзопланет начнется в 2050-х годах

Мистические места России. Аркаим

На Луне идет масштабное строительство

Нам везет, что астероиды обстреливают нас не прицельно

НАСА рассказало о взрыве болида над Беринговым морем

Не ищите инопланетян они уже здесь и это - осьминоги

НЛО пролетел около Луны

Новый вид цензуры на YouTube

Ольянтайтамбо. Невероятный город, построенный пришельцами

Получили активные клетки мамонта из Якутии

Призрак Кезьминского замка

Раскрыли личность Джека-потрошителя

С затонувшего Титаника поступают сигналы SOS

С Шумановскими резонансами творится нечто необъяснимое

Странное место силы на Сахалине

Таинственный Кенко-Гранде

Тайны древности. Загадка сумки бога

Темная сторона личности делает человека более успешным

Треугольный НЛО встревожил и напугал собаку

Трёхостровское огневище. Тайна кургана на берегу Дона

Уфолог призвал миллиардера спасти НЛО на Луне

Адепты помещают духовную энергию в батареи, чтобы подарить ее миру

В чем абсурдность идеи значительного продления жизни человека

Ведун Демид Воронцов посетит Бурятию

Женщина в детстве дружила с семьей бигфутов

Загадка Медведицкой гряды. Кто прокопал километры подземных туннелей

Загадочная пирамида в австрийском лесу

Как гибель туристов на перевале Дятлова освещали в прессе

Ковдор - тайна русского севера

Курганы Кахокии. Загадка миссисипской культуры

Мог ли существовать снежный человек

НАСА запретило астронавтам рассказывать об увиденных НЛО

Нейросети научились определять настроение толпы

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика