Căutarea unor găuri negre minuscule impune constrângeri mai stricte gravitației cuantice – Physics World

Noile observații ale compoziției aromei neutrinilor atmosferici nu au dezvăluit nicio dovadă concludentă pentru minusculele găuri negre de scurtă durată, care au fost prezise de unele teorii ale gravitației cuantice. Studiul a fost realizat de cercetători care utilizează Observatorul de neutrini IceCube la Polul Sud și rezultatul pune unele dintre cele mai strânse constrângeri vreodată asupra naturii gravitației cuantice.

Dezvoltarea unei teorii viabile a gravitației cuantice este una dintre cele mai mari provocări ale fizicii. Astăzi, gravitația este descrisă foarte bine de teoria generală a relativității a lui Albert Einstein, care este incompatibilă cu teoria cuantică. O diferență importantă este că relativitatea generală invocă curbura spațiu-timp pentru a explica atracția gravitațională, în timp ce teoria cuantică se bazează pe spațiu-timp plat.

Găsirea unei căi de înaintare este o provocare, deoarece cele două teorii funcționează la scări foarte diferite de energie, ceea ce face foarte dificilă realizarea de experimente care testează teoriile gravitației cuantice.

„Măsurări creative”

„În ultimii ani, au fost concepute măsurători creative pentru a căuta influența minusculă a gravitației cuantice: fie prin utilizarea unei precizii extreme în experimente de laborator, fie prin exploatarea particulelor foarte energetice produse în universul îndepărtat”, explică. Thomas Stuttard la Universitatea din Copenhaga, care este membru al colaborării IceCube.

Printre aceste noi teorii se numără ideea că efectele cuantice ale incertitudinii, combinate cu fluctuațiile de energie în vidul spațiului, ar putea avea un efect tangibil asupra curburii spațiului-timp, așa cum este descris de relativitatea generală. Acest lucru ar putea duce la crearea de „găuri negre virtuale”. Dacă ar exista, aceste obiecte microscopice s-ar descompune de ordinul timpului Planck. Acesta este aproximativ 10^-44 s și este cel mai mic interval de timp care poate fi descris de teoriile fizice actuale.

Ca rezultat, găurile negre virtuale ar fi imposibil de detectat în laborator. Dar, dacă există cu adevărat, cercetătorii prevăd că ar trebui să interacționeze cu neutrinii, modificând modul în care particulele își schimbă starea de aromă prin fenomenul de oscilație a neutrinilor.

Kilometru cub de gheață

Echipa a căutat dovezi ale acestor interacțiuni în datele colectate de IceCube Neutrino Observatory, situat la Polul Sud. Fiind cel mai mare observator de neutrini din lume, IceCube este format din mii de senzori poziționați pe un kilometru cub de gheață antarctică.

Acești senzori detectează fulgere distinctive de lumină create de leptonii încărcați care sunt produși de ce neutrinii interacționează cu gheața. În acest ultim studiu, echipa s-a concentrat pe detectările IceCube ale neutrinilor de înaltă energie produși atunci când razele cosmice interacționează cu atmosfera Pământului.

Stuttard explică că căutarea lor nu este prima de acest gen. „De data aceasta, însă, am reușit să exploatem energia naturală mare și distanța mare de propagare a acestor neutrini „atmosferici” (mai degrabă decât sursele de neutrini legate de pământ, cum ar fi acceleratorii de particule sau reactoarele nucleare), precum și statisticile ridicate oferite de vastul dimensiunea detectorului. Acest lucru ne-a permis să căutăm efecte mult mai slabe decât pot fi testate de orice studiu anterior.”

Compoziția aromei

În studiul lor, echipa a examinat compoziția aromei a peste 300,000 de neutrini, observate de IceCube pe o perioadă de 8 ani. Apoi au comparat acest rezultat cu compoziția pe care se așteptau să o găsească dacă neutrinii au interacționat într-adevăr cu găurile negre virtuale în călătoria lor prin atmosferă.

Chiar și cu sensibilitatea extremă oferită de IceCube, rezultatele nu au fost deloc diferite de compozițiile de arome prezise de modelul actual de oscilație a neutrinilor. Deocamdată, aceasta înseamnă că teoria găurilor negre virtuale rămâne fără nicio dovadă concludentă.

Ne apropiem de măsurarea gravitației cuantice

Cu toate acestea, acest rezultat nu a permis echipei să pună noi limite cu privire la puterea maximă posibilă a interacțiunilor găuri negre-neutrini, care sunt ordine de mărime mai stricte decât limitele stabilite în studiile anterioare.

„În afară de gravitația cuantică, rezultatul servește și pentru a demonstra că neutrinoul pare să rămână cu adevărat neperturbat de mediul său chiar și după ce a parcurs mii de kilometri, chiar și pentru energiile neutrinilor care depășesc orice colisionant creat de om”, spune Stuttard. „Aceasta a fost o demonstrație remarcabilă a mecanicii cuantice pe distanțe cu adevărat macroscopice.”

Mai larg, descoperirile echipei pun noi constrângeri asupra teoriei gravitației cuantice în ansamblu, constrângeri care în prezent sunt puține și îndepărtate. „Deși această lucrare respinge anumite scenarii, gravitația cuantică ca concept nu este cu siguranță exclusă”, adaugă Stuttard. „Adevărata natură a gravitației cuantice poate diferi de ipotezele făcute în acest studiu, sau efectele pot fi mai slabe sau mai puternic suprimate cu energie decât se credea anterior.”

Cercetarea este descrisă în Fizica naturii.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/search-for-tiny-black-holes-puts-tighter-constraints-on-quantum-gravity/