חיפוש אחר חורים שחורים זעירים מציב מגבלות הדוקות יותר על כוח הכבידה הקוונטי - עולם הפיזיקה

תצפיות חדשות על הרכב הטעם של נויטרינו אטמוספרי לא חשפו ראיות חותכות לחורים השחורים הזעירים וקצרי החיים שנחזו על ידי כמה תיאוריות של כוח הכבידה הקוונטי. המחקר נעשה על ידי חוקרים המשתמשים ב- מצפה ניוטרינו IceCube בקוטב הדרומי והתוצאה מציבה כמה מהאילוצים ההדוקים ביותר אי פעם על אופי הכבידה הקוונטית.

פיתוח תיאוריה בת קיימא של כוח הכבידה הקוונטית הוא אחד האתגרים הגדולים בפיזיקה. כיום, כוח המשיכה מתואר היטב על ידי תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין, שאינה תואמת את תורת הקוונטים. הבדל חשוב אחד הוא שתורת היחסות הכללית מעוררת עקמומיות מרחב-זמן כדי להסביר משיכה כבידה בעוד תורת הקוונטים מבוססת על מרחב-זמן שטוח.

מציאת דרך קדימה היא מאתגרת מכיוון ששתי התיאוריות עובדות בסקאלות אנרגיה שונות מאוד, מה שמקשה מאוד על ביצוע ניסויים הבודקים תיאוריות של כוח הכבידה הקוונטי.

"מדידות יצירתיות"

"בשנים האחרונות הומצאו מדידות יצירתיות כדי לחפש את ההשפעה הזעירה של כוח הכבידה הקוונטי: או באמצעות דיוק קיצוני בניסויי מעבדה, או באמצעות ניצול החלקיקים האנרגטיים ביותר המיוצרים ביקום הרחוק", מסביר תומאס סטאטארד באוניברסיטת קופנהגן, שהוא חבר בשיתוף הפעולה של IceCube.

בין התיאוריות החדשות הללו נמצא הרעיון שההשפעות הקוונטיות של אי הוודאות, בשילוב עם תנודות האנרגיה בוואקום של החלל, יכולות להשפיע באופן מוחשי על עקמומיות המרחב-זמן, כפי שמתוארת על ידי תורת היחסות הכללית. זה עלול לגרום ליצירת "חורים שחורים וירטואליים". אם הם קיימים, העצמים המיקרוסקופיים הללו יתפרקו בסדר גודל של זמן פלאנק. זה בערך 10^-44 s והוא מרווח הזמן הקטן ביותר שניתן לתאר על ידי תיאוריות פיזיקליות עדכניות.

כתוצאה מכך, אי אפשר יהיה לזהות חורים שחורים וירטואליים במעבדה. אבל, אם הם באמת קיימים, החוקרים צופים שהם צריכים לקיים אינטראקציה עם ניטרינו, ולשנות את האופן שבו החלקיקים משנים מצבי טעם באמצעות תופעת תנודת הנייטרינו.

קילומטר מעוקב של קרח

הצוות חיפש ראיות לאינטראקציות הללו בנתונים שנאספו על ידי מצפה הכוכבים של ניוטרינו IceCube, הממוקם בקוטב הדרומי. בתור מצפה הנייטרינים הגדול בעולם, IceCube מורכבת מאלפי חיישנים הממוקמים לאורך קילומטר מעוקב של קרח אנטארקטי.

חיישנים אלו מזהים הבזקי אור ייחודיים שנוצרו על ידי לפטון טעונים שנוצרים מדוע ניטרינו מקיימים אינטראקציה עם הקרח. במחקר האחרון הזה, הצוות התמקד בזיהוי IceCube של נויטרינו עתירי אנרגיה המיוצרים כאשר קרניים קוסמיות מקיימות אינטראקציה עם האטמוספירה של כדור הארץ.

סטאטארד מסביר שהחיפוש שלהם אינו הראשון מסוגו. "עם זאת, הפעם הצלחנו לנצל את האנרגיה הגבוהה באופן טבעי ומרחק ההתפשטות הגדול של הניטרינו ה'אטמוספריים' הללו (ולא מקורות ניטרינו הקשורים לאדמה כמו מאיצי חלקיקים או כורים גרעיניים), כמו גם את הסטטיסטיקה הגבוהה שמעניקים גודל גלאי. זה איפשר לנו לחפש השפעות חלשות הרבה יותר ממה שניתן לבחון בכל מחקר קודם."

הרכב הטעם

במחקר שלהם, הצוות בחן את הרכב הטעמים של למעלה מ-300,000 נויטרינו, שנצפה על ידי IceCube במשך תקופה של 8 שנים. לאחר מכן הם השוו את התוצאה הזו להרכב שציפו למצוא אם הנייטרינו אכן קיימו אינטראקציה עם חורים שחורים וירטואליים במסעם באטמוספירה.

אפילו עם הרגישות הקיצונית שמציעה IceCube, התוצאות לא היו שונות מהרכבי הטעם שחזה המודל הנוכחי של תנודת נייטרינו. לעת עתה, זה אומר שהתיאוריה של חורים שחורים וירטואליים נותרה ללא כל ראיה חותכת.

התקרבות למדידת כוח הכבידה הקוונטית

עם זאת, התוצאה האפסית הזו אפשרה לצוות להציב מגבלות חדשות על החוזק המרבי האפשרי של אינטראקציות חור שחור-נוטרינו, שהן בסדרי גודל מחמירים יותר מהגבולות שנקבעו במחקרים קודמים.

"מלבד כוח הכבידה הקוונטית, התוצאה משמשת גם להדגים שנראה שהנייטרינו נשאר באמת לא מופרע מסביבתו גם לאחר נסיעה של אלפי קילומטרים, אפילו עבור אנרגיות נייטרינו העולות על כל מתנגש מעשה ידי אדם", אומר שטוטארד. "זו הייתה הדגמה יוצאת דופן של מכניקת הקוונטים על פני מרחקים מקרוסקופיים באמת."

באופן רחב יותר, ממצאי הצוות מציבים מגבלות חדשות על תורת הכבידה הקוונטית בכללותה, אילוצים שהם כיום מעטים ורחוקים. "למרות שעבודה זו דוחה תרחישים מסוימים, הכבידה הקוונטית כמושג בהחלט אינה נכללת", מוסיף שטוטארד. "הטבע האמיתי של כוח הכבידה הקוונטי עשוי להיות שונה מההנחות שהועלו במחקר זה, או שההשפעות עשויות להיות חלשות יותר או מדוכאות חזק יותר עם אנרגיה מאשר מחשבה קודמת."

המחקר מתואר ב פיזיקת טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/search-for-tiny-black-holes-puts-tighter-constraints-on-quantum-gravity/