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
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 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - ...
Последние аномальные новости

Аномальные зоны Коми. Аномалии в Ухтинской зоне

Аномальные зоны Коми. Железный лес

Аномальные зоны Коми. Керосская аномалия

Аномальные зоны Коми. Круги на старой Додзьской дороге

Аномальные зоны Коми. Подтыбокская аномалия

Аномальные зоны Коми. Чудь кар

Аномальные зоны Коми. Эташор

Аномальные зоны Коми. Языческая роща

Базу инопланетян нашли на Меркурии

Восход Нибиру возвестит о начале Третьей мировой войны

Встречи с гномами. Рассказы очевидцев

Городские легенды Австралии. Аллея Шнайдера

Городские легенды Австралии. История о карликовом пинчере

Городские легенды Австралии. Призраки Пиктона

Дикий мальчик из ЮАР - Сатердэй Мтияне

Духовные убеждения, которые обоснованы наукой

Екатеринбург - город Бесов

Когда ваша рука ваш злейший враг

Когда вулкан отбрасывает странную тень

Кости инопланетян нашли на Марсе

Мистические места Алматы

Обнаружили аномалии в поведении известного электролита

Около Земли пролетел огромный НЛО

Остров Барсакельмес - портал в другие измерения

Открыта вечно существующая форма материи

Призраки Нотр-Дама

Продолжается расследование истории Кыштымского карлика

Самые странные семейные обычаи

Сонный паралич и серые пришельцы

Чёрная птица Чернобыля

Бигфуты навещают женщину из Северной Каролины

Быть шестипалым не так уж плохо

Возле Солнца продолжают летать гигантские НЛО

Городская легенда о последнем автобусе рейса 375

Женщина показала кота с огромными лишними пальцами

Житель США три раза видел необычное черное существо

Знак зодиака не связан с шансом на трудоустройство

Йети в Катскильских горах

Как эмоции одних людей влияют на других

Место с петлей времени в Катскильских горах

Монстр озера Гарда

Обнаружили древнейшего человекоподобного гоминида

Предложена новая теория происхождения золота на Земле

Президент США сомневается в существовании НЛО

Проклятое пиво преследует семью в Зимбабве

Робот ответил на издевательства людей

Странное свечение в небе Красноярска

США внедрили тайный код в электросети России

Теневая фигура в Катскильских горах

Электрически-синий рассвет

Волосы ангела нашли на траве в Вирджинии

Жилье уральского человека-крота выставили на продажу

ИИ научили распознавать отредактированные лица

Истории о пугающих деревьях

Как много денег потребуется для возврата на Луну

Конец света 22 июня. Нашли неопровержимые доказательства

Конец эволюции человека

Кто построил город-призрак в Намибии

Кто такие полтергейсты

Лох-Несское чудовище снова появилось

МГУ займется изучением теории струн и голограммами черных дыр

Монстра Огопого сняли в озере Оканаган

Нашли искусственные острова старше Стоунхенджа

Преступления, на которые люди пошли после общения с духами

Признаки склонных к ясновидению людей

Самые известные призраки

Солнечная активность не помешает полетам на Луну и Марс

Теория заговора о Розуэлле, теперь с манекенами

Университеты в США, где наблюдаются паранормальные явления

Японец выложил за черный арбуз целое состояние

Аномально высокая активность в Зоне-51

Атланты вернулись на пирамидальном корабле

В Индии одержимая женщина ползла по стене госпиталя

В России создают детей с измененной ДНК

Вертолёт ВВС США удирает от инопланетян

Гаркун - похититель девиц

Зона 51. Самая запретная военная база в мире

Иоганна Кеплера уличили в занятиях алхимией

Корабль инопланетян найден в Антарктиде

На сколько ваше сознание погружено в Матрицу

НЛО сняли возле Мачу-Пикчу

Откуда взялись новые НЛО

Поваренная соль и космические лучи покрасили поверхность Европы

Поросенок с мордой слона и детским плачем родился в Китае

Призраки воронежской Ротонды

Проект Starshade обещает лучше искать экзопланеты

Странная теория заговора о крысах. Розуэлл и чумные бомбы

Умерла старейшая жительница Великобритании

Фантом Веневитинских болот

Черный монах из Дивногорья

Дельфин с хвостом сирены замечен у побережья Крыма

Дом йети и остатки древней цивилизации в Кузбассе

Жертвы проклятья фараона Тутанхамона

Жуткая кукла Роберт

Изучили состав атмосферы горячего экзоюпитера

Илон Маск рассказал о создании автомобиля-субмарины

Марсоход обнаружил базу инопланетян

Могут ли призраки вселяться в тела манекенов

На Кубани уфологи проверят информацию о кругах на полях

На продажу выставлена средневековая тюрьма с привидениями

НАСА обнаружило в дюнах на Марсе логотип Star Trek

Нашлась загадочная картина да Винчи - Сальватор Мунди

НЛО в виде огненного змея пронесся над США

НЛО удалось снять в Волгограде

Океан Европы похож на земной

Открыли невидимую галактику, сжавшую нашу в гармошку

Откуда у нашей планеты магнитное поле

Петля времени. Бесконечный парк

Петля времени. Два случая со студентом

Петля времени. Дежа Вю

Почему снятся покойные родственники

Проклятая кукла Аннабелль

Проклятый шкаф диббука

Семья, застрявшая во временной петле

Страшное зеркало в Миртовой плантации

Стул смерти Басби

Теория происхождения и эволюции человека - научный фейк

Удивительные места Казахстана

Учёные, ставшие фантастами. Айзек Азимов и Нил Стивенсон

Эксперты спорят о судьбе Янтарной комнаты

Ведьминская деревня Виля

Военный летчик поделился подробностями о встречах с НЛО

Забавные теории о вторжении инопланетян

Климатологи пугают Апокалипсисом

На орбите идет война. Метеорит в Бразилии

На Солнце могут возникать супервспышки-убийцы

Названа новая причина исчезновения цивилизации майя

Народные приметы для привлечения денег

Радиоактивный туризм. Чернобыльскую зону заполонили туристы

Розовые медузы пролетели над Челябинской областью

Сверхбыстрый НЛО сняли в небе над Польшой

Солдаты-призраки на службе

Спиритизм - реальность или обман

Спутники системы Starlink будут порождать слухи о НЛО

Тайна постройки загадочной пирамиды на Церере

Таинственный самолёт-пуля готовится к первому полёту

У Матушки Природы всегда найдется, чем нас удивить

Ужасающие черепа обнаружили в гробнице майя

Физики не смогли объяснить прозрачность Солнца

Яндекс начнет полноценные испытания беспилотных автомобилей

Более ста загадочных кувшинов обнаружено в Лаосе

Жуткие существа с ранчо Скинуокер

Жуткий зверь из Нью-Джерси

Загадка Кяфарского городища

Земля движется вокруг Солнца по квадратной орбите

Ингушский мальчик отжался 4445 раз и побил рекорд чеченского мальчика

Какие астероиды следует считать опасными

Квантовый двигатель черпает энергию из новой физики

Конспиролог Джулиан Ассанж будет выдан США

Легенды о чудовищном черве из Лэмбтона

Музыканты и ИИ Яндекса выпустили совместный альбом

Найдено возможное место хранения Янтарной комнаты

Началась охота за обитаемыми мирами в системе Альфа Центавра

НЛО заметили в небе над Новокубанском

Новый кандидат на звание темной материи

Обитаемых экзопланет очень мало

Обширные залежи металлов обнаружили на Луне

Определено главное условие рекордного долголетия

Рогатое существо с побережья

Рогатые существа из Белгорода-Днестровского

Рогатый монстр в Айове

Родился ребенок с зеркальным расположением сердца и одним легким

Российский биолог заявил о планах по созданию детей-мутантов

Следы древних цивилизаций на фотографиях Китая

Тайна появления гигантских дыр во льдах Антарктики

Туристы и местные жители будут наблюдать восход солнца в Стоунхендже

У берегов Мексики обнаружен синий НЛО

У подмосковного школьника вырос зуб в яичке

Феномен рыбных дождей

Черное существо с жуткими рогами

В этом мире все еще остается немало необъяснимого

Девушка сбросила 60 кг и чуть не умерла

Еще один НЛО над вечерней Самарой

Загадка семьи с голубой кожей

Инопланетяне сигналят с поверхности Луны

История Демона из Довера

К Земле несется один из самых опасных астероидов

Молебка. Аномальная область в России

Названы четыре возможных варианта Конца света

Неуловимые волки Шунка Варакин

Новая Атлантида. Обнаружен затонувший город Гир-Гер

Обнаружили признаки астероидного Конца света

Пользователи поделились самыми страшными секретами

Предсказанию Нострадамуса о гибели США дали объяснение

Создали тест для проверки работоспособности невозможного двигателя

Солнечное затмение второго июля. С неба на Землю придет Король ужаса

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