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
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Последние аномальные новости

В отчете об НЛО указаны две горячие точки

Гигантское озеро лавы на Ио

Давайте поговорим о НЛО

ИИ станет умнее любого человека в 2025 году

Как гамма-всплески порождают свет

МКС стала рассадником бактерий-мутантов

На дне Балтийского моря обнаружено НЛО

НЛО нарушают все законы физики

НЛО перевозят по пустынной дороге на прицепе

Обнаружили 13 штаммов бактерий-мутантов на МКС

Обнаружили самую крупную звездную черную дыру

Очень важно раскрыть данные об НЛО

Паломники сообщили об НЛО в небе Массачусетса

Почему на Марсе выделяется метан

Программа Kona Blue для реинжиниринга НЛО

Раскрытие проекта Aqua

Стоунхендж ориентирован как на Луну, так и на Солнце

Строительным элементам жизни легче формироваться в космосе

Такер Карлсон высмеял утверждения об инопланетянах

Хью Джекман был послан инопланетянами

Матовые стеклянные перегородки - особенности, виды, как выбрать

В районе Красной поляны обнаружили два дольмена

Два охотника стали первыми жертвами болезни оленей

Должно быть место для честного расследования НЛО

Древнейший вулканизм в Солнечной системе

Жители ХМАО засняли НЛО на фоне северного сияния

Загадка странных огней в ночном небе Вены

Китаец прожил 35 лет с просветом аорты

Люди эволюционировали как жуки, а не как позвоночные

Марсоход получил изображения окаменелостей людей

Нашли экзопланету-бродягу земного типа

НЛО в небе над Сызранью

НЛО, трансформации и откровения астронавтов

Ограничение калорий замедлило биологическое старение

Первая буква фамилии студентов определяет успеваемость

Полая Земля, летающие щиты и муравьиные боги

Почему умные люди верят в теории заговора

Сбывающиеся предсказания ясновидящей Ванги

Фрагменты белков могут возникать в космосе

Человек прилетевший с небес

Шамбала и полая Земля в древнем буддизме

Георадар будет искать водные объекты на Юпитере

Дьявольская комета наконец-то стала видна

Затерянный город найден на территории Тонгатапу

ИИ и НАСА борются с изменением климата

Инопланетное существо, выброшенное на австралийский пляж

Какова масса покоящегося нейтрино

НАСА предупреждает о военном присутствии Китая в космосе

НЛО пролетел над красотами Перта

Ортоклаз из свинца - это своего рода загадка

Отчет о программе Kona Blue

Паскагула устраивает вечеринку в честь похищения

Путешественник во времени показал фото из будущего

Самая глубокая дыра в земле была закрыта

Самые странные и неповторимые дома в Огайо

Случаи похищения людей инопланетянами будут изучены

Смертоносная пещера, которая может вызвать пандемию

Такер Карлсон видел свидетельства о подводных НЛО

У человека расплавились пальцы при встрече с НЛО

Увлечение внеземной жизнью восходит к 17-му веку

Черный зверь бродил по полю британского фермера

Встреча с НЛО в школе Ариэль в Зимбабве

Город-призрак, жители которого были вынуждены бежать

Горы и лавовые озера на Ио с высоты птичьего полета

Два неизвестных объекта пролетели мимо МКС

Документальный фильм о похищении в Паскагуле

ИИ VASA1, который может заставить изображения говорить

ИИ изучает планетарный пограничный слой Земли

Инопланетяне украли мои яйцеклетки

Китай осуществляет военные программы в космосе

Книга, предсказавшая катастрофу Титаника

Компания Boston Dynamics представила нового робота

Метеорологи предупреждают о погодных войнах между странами

НЛО залетел в действующий вулкан

Подводя черту под происхождением жизни

Прыщ превратился в опухоль размером с арбуз

Скрытый потенциал РНК в развитии биоинженерии будущего

Состоят ли дюны Титана из кометной пыли

Таинственная механика полета насекомых

Тайна аномалии Балтийского моря наконец-то раскрыта

Хаббл отправляется на поиски небольших астероидов

Гелиевая звезда с самым низким содержанием металлов

Екатеринбуржец выставил на продажу летающую тарелку

Жизнь может существовать в темных водных Европы

Загадка формирования массивных горячих субкарликов

ИИ способен революционизировать кредитование

Инопланетян следует искать на фиолетовых планетах

Инопланетяне похитили яйца у женщины

Метеорит пробил крышу дома

Непрерывные фейковые новости оказывают большее влияние

НЛО влетает в действующий вулкан-портал

НЛО пилотируются духовными сущностями

Океан Энцелада может поддерживать жизнь

Перуанские мумии не являются инопланетянами

Полицейская камера сняла аварийную посадку НЛО

Полярные сияния на холодных коричневых карликах

Попытки AARO вступить в контакт с Дэвидом Грушем

Правительство США намеренно скрывает информацию об НЛО

Разгадка тайн атмосферных рек

США провели испытания управляемого ИИ истребителя

Экстремальные холода в условиях потепления климата

В один прекрасный день ИИ сможет выполнять всю нашу работу

В сеть просочился отчет о встрече ВМС США с НЛО

Давайте поговорим о неопознанных подводных объектах

Доказательства существования инопланетной жизни

Жизнь нужно искать в пурпурных мирах

Жители графства Дербишир взбешены таинственным жужжанием

Как философы воспринимали инопланетную жизнь

Метеорит, пробивший крышу дома во Флориде, прилетел с МКС

Миссия НАСА Солнечный парус готовится к запуску

На протяжении 600 лет манускрипт Войнича остается загадкой

НАСА ищет дешевый способ доставки образцов с Марса

Обнаружена самая массивная черная дыра в нашей галактике

Паранормальные корни программы Пентагона по НЛО

Подтвержден полет аппарата Dragonfly к Титану

Правительство пытается скрыть правду о НЛО

Пурпурные миры населены инопланетянами

Робот-гуманоид Ameca может имитировать человеческую речь

Тестирование технологий для полета на Марс

Человекоподобный НЛО замечен в небе Калифорнии

Я встретил лысых инопланетян–гуманоидов

В небе Калифорнии замечен странный НЛО

Великобритания разрабатывает правила для ИИ

Город богов разрушило мегаземлетрясение

Еще один механизм выживания тихоходок в космосе

Жуткое послание убийцы Зодиака

Квантовый интернет все ближе

Ковчег Завета питал Великую пирамиду Гизы

Морской офицер выражает тревогу по поводу водных НЛО

Нет доказательств существования инопланетных технологий

Новая книга дает представление о космических поисках жизни

Обнаружили близкую массивную черную дыру

Перепись ближайших окрестностей Солнца

Проект по классификации гамма-всплесков

Пурпурный, а не зеленый цвет - цвет жизни на экзопланетах

Стивен Спилберг снимет новый фильм об НЛО

Тайна объекта в форме сердца на поверхности Плутона

Тайна орбитальной нестабильности планет-гигантов

Технология передачи энергии с космических электростанций

Церера таит в себе мрачную тайну

Электричество и батарейки древних египтян

Yeezy Boost 350 v2 Black Черные. Икона Стиля и Инновации

Билл Гейтс поддерживает искусственный интеллект

В небе Калифорнии замечен таинственный объект

В пещерах на Марсе могут находиться инопланетяне

Геолог-любитель получил сильные ожоги от НЛО

Житель Лондона принял вертолет за НЛО

За НЛО отправляйтесь в маленький городок в Висконсине

Звездолеты помогут в поисках новых физических явлений

Интернет может достичь квантовой скорости

Космические силы США готовятся к первой в истории миссии

Министерство обороны публикует документы Kona Blue

Нейтронные звезды нагреваются от аннигиляции темной материи

Нострадамус предсказал войну в 2024 году

Победителем президентских выборов в 2032 году станет робот

Подводные НЛО ставят под угрозу морскую безопасность США

Подводный НЛО сняло исследовательское судно

Проклятая могила с 450 обезглавленными вампирами

Рассекреченный отчет раскрывает дематериализацию НЛО

Тайна высоких уровней энергии в звездных сверхвспышках

Уважаемый астроном не верит в теории заговора об НЛО

Ярчайший гамма-всплеск породила коллапсирующая звезда

Франшиза Pro.Travel. Предпринимательский успех Татьяны Мамаевой

Возвращение денежных средств пострадавшим от брокеров-мошенников. Путь к справедливости

Встреча с НЛО, от которой у человека расплавились пальцы

Детеныш инопланетянина найден в мексиканской пещере

Инопланетяне помешали человечеству скатиться к ядерной войне

Как ученые сообщат человечеству об инопланетянах

Канадский рейтинг мест для наблюдения НЛО

Ключ к поиску жизни в отдаленных мирах

Лучшие наблюдения НЛО в Северной Каролине

Люди не верят, что никаких НЛО нет

Мужчина получил сильные ожоги при встрече с НЛО

Мужчина с разбитым сердцем построил Космические врата

Музей странного и чудесного в Канзасе

Настоящие убежища из сериала Fallout уже построены

НЛО заметили над долиной Нижнего Гудзона

НЛО около Антарктиды - ошибка программного обеспечения

НЛО представляют угрозу безопасность на море

Подводные НЛО ставят под угрозу морскую безопасность США

Призрачные нарушения звездных потоков темной материей

Термодинамика поможет описать расширение Вселенной

Что это за НЛО замечен над штатом Нью-Йорк

Эксцентриситет орбиты создал океан на Мимасе

Более четверти россиян верят в существование инопланетян

Гигантские человеческие скелеты в пещере Лавлок

Подписка на новости
Наверх