Μια πρωτοποριακή τεχνική που χρησιμοποιεί νετρόνια θα μπορούσε να δώσει υπαινιγμούς για την ύπαρξη επιπλέον διαστάσεων, ή ακόμη και της σκοτεινής ύλης, λένε ερευνητές. Η ιδέα τους βασίζεται στον έλεγχο ορισμένων μικροσκοπικών διακυμάνσεων της βαρύτητας που δρα πάνω σε βραδέως κινούμενα νετρόνια μέσα σε μια μικροσκοπική κοιλότητα.Σε μια δημοσίευση στο περιοδικό Nature Physics σκιαγραφείται ο τρόπος που τα νετρόνια μεταπηδούσαν από τη μια βαρυτική κβαντική κατάσταση στην άλλη.
Αυτά λοιπόν τα κβαντικά άλματα μπορεί να ελέγξουν τη θεωρία βαρύτητας του Νεύτωνα – και τυχόν αποκλίσεις από αυτόν – με μια πρωτοφανή ακρίβεια.
Οι «κβαντικές καταστάσεις» των ατόμων, των φωτονίων, των μορίων αλλά ακόμη και αρκετά μεγάλων αντικειμένων έχουν μελετηθεί εκτενώς στο παρελθόν.
Αυτές οι καταστάσεις λέγονται κβαντικές επειδή χρειάζονται ένα ‘πακέτο’ ενέργειας πολύ συγκεκριμένου μεγέθους – ένα κβάντουμ – για τη δημιουργία των καταστάσεων αυτών.
Ωστόσο, από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις, η βαρύτητα είναι κατά πολύ η πιο ασθενής, και μόλις το 2002 αποδείχθηκε η κβαντική φύση της βαρύτητας .
Αυτή η έρευνα που έγινε τότε από μια ομάδα φυσικών στο Ινστιτούτο Laue-Langevin (ILL) χρησιμοποίησε αργά νετρόνια που έπεφταν λόγω της βαρύτητας.
Τώρα όμως μια άλλη ομάδα ερευνητών από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης έχουν εξειδικεύσει την τεχνική του ILL προκειμένου να εξετάσουν και να εκμεταλλευτούν τους τρόπους της κβαντικής βαρύτητας.
Πριν από την πτώση
Τα νετρόνια της έρευνας δημιουργήθηκαν σε έναν αντιδραστήρα σχάσης, και η επιβραδύνθηκαν σε απίστευτα χαμηλές ταχύτητες από κάποια υλικά γνωστά ως επιβραδυντές.
Αυτά τα νετρόνια συλλέγονται και εγχέονται στο κβαντικό πείραμα με ταχύτητες της τάξης των πέντε μέτρων ανά δευτερόλεπτο – μόλις το 1% της ταχύτητας των μορίων του αέρα γύρω μας.
Το καλό με αυτά τα νετρόνια σε αυτά τα πειράματα είναι ότι είναι ηλεκτρικά ουδέτερα – στο πλαίσιο δε του πειράματος, είναι απομονωμένα από όλες τις δυνάμεις της φύσης, δεδομένου ότι μπορεί να ενεργεί πάνω τους μόνο η βαρύτητα .
Τα νετρόνια εκτοξεύονται μεταξύ δυο παραλλήλων πλακών, η μία πάνω από την άλλη και που απέχουν μεταξύ τους απόσταση 25 μm, το μισό από το πλάτος μιας τρίχας. Η πάνω πλάκα απορροφά νετρόνια και η κάτω τα ανακλά.
Καθώς αυτά τα νετρόνια περνούν διαμέσου των πλακών διαγράφουν μια καμπύλη, όπως ακριβώς μια μπάλα που εκτοξεύεται οριζόντια στο πεδίο βαρύτητας. Αν αυτά χτυπήσουν στην κάτω επιφάνεια πριν περάσουν πό όλη την διαδρομή τους, τότε ανακλώνται και αν φτάσουν στην πάνω πλάκα απορροφούνται – και έτσι δεν ανιχνεύονται στην άλλη άκρη των πλακών.
Το καινούργιο στο πείραμα της ομάδας ΙLL είναι η εισαγωγή του γνωστού ως πιεζοηλεκτρικού αντηχείου στην κάτω πλάκα: ο σκοπός του είναι η αναπήδηση της κάτω πλάκας σε μια συγκεκριμένη συχνότητα.
Το ILL είναι η πιο γνωστή πυκνή και συνεχής πηγή νετρονίων στον κόσμο.
Οι ερευνητές βρήκαν μια εξάρτηση στον αριθμό των νετρονίων που ανιχνεύονται στο τέλος της διαδρομής των πλακών από τη συχνότητα δόνησης της κάτω πλάκας. Διαπίστωσαν δηλαδή συγκεκριμένες συχνότητες «συντονισμού» στις οποίες τα νετρόνια έτειναν να απορροφηθούν.
Τι σημαίνουν όλα αυτά;
Αυτές οι συχνότητες δόνησης της κάτω πλάκας αντιστοιχούν στις κβαντικές βαρυτικές καταστάσεις των νετρονίων. Οι ερευνητές λοιπόν ήταν σε θέση για πρώτη φορά να εξαναγκάσουν τα νετρόνια να μεταβούν από την μια κβαντική κατάσταση στην άλλη.
Ενώ ο νόμος της νευτώνειας βαρύτητας ξέρουμε ότι ισχύει για κοσμολογικές αποστάσεις, το να ελεγχθεί η ισχύς του σε πολύ μικρές αποστάσεις είναι εξαιρετικά δύσκολο. Και οποιαδήποτε απόκλιση από το νόμο του αντιστρόφου του τετραγώνου θα μπορούσε να κρύβει επιχειρήματα για νέα φυσική.
Οι διαφορές στις συχνότητες – οι οποίες είναι ανάλογες με την ενέργεια – από κάθε μία από αυτές τις μεταβάσεις θα είναι ένας εξαιρετικά ευαίσθητος έλεγχος της βαρύτητας σε μικροσκοπική κλίμακα.
Ενώ είναι εύκολο να μετρηθούν τα αποτελέσματα της βαρύτητας στις μεγαλύτερες πλανητικές ή ακόμα και γαλαξιακές κλίμακες, η ασθενής ισχύς της είχε ως αποτέλεσμα να ήταν δύσκολο να παρατηρηθεί στην μικροκλίμακα μέχρι τώρα.
Και οποιαδήποτε απόκλιση από τη βαρύτητα που η θεωρία του Νεύτωνα προβλέπει θα μπορούσε να είναι μία υπόδειξη, ένας υπαινιγμός, μιας νέας φυσικής.
“Με τη θεωρία μπορεί κανείς να υποθέσει ότι υπάρχει μόνο η καθαρή βαρύτητα του Νεύτωνα, οπότε για μια μετάβαση χρειαζόμαστε μια συγκεκριμένη ενέργεια”, λέει ο Peter Geltenbort μέλος της ομάδας ILL.
“Τώρα μπορούμε να συγκρίνουμε την ενέργεια αυτή με την ενέργεια που έχουμε μετρήσει και αν υπάρχει κάποια απόκλιση τότε αυτή θα ήταν ένα σημάδι ότι η βαρύτητα του Νεύτωνα δεν ισχύει κατά 100% στις μικρές αποστάσεις. Κάθε τέτοια απόκλιση θα μπορούσε να δώσει επιχειρήματα για τη ύπαρξη του σωματιδίου που είναι γνωστό ως axion (αξιόνιο), το οποίο με τη σειρά του θα αποδείκνυε την ύπαρξη και τη φύση της σκοτεινής ύλης.
“Τα πειράματα στην αστροφυσική και την αστρονομία δίνουν στις μεγάλες αποστάσεις πολύ στενά όρια για την ύπαρξη των αξιονίων, όχι όμως για τις μικρές αποστάσεις. Αυτές είναι οι ίδιες θεωρίες που περιγράφουν τα φαινόμενα στις μεγάλες κλίμακες, αλλά με τη μέθοδό μας θα ψάξουμε για τα αξιόνια σε πολύ μικρές κλίμακες”, εξηγεί ο Geltenbort.
Το ίδιο ισχύει και για τα υπερσυμμετρικά σωματίδια, που δέχονται ότι υπάρχουν οι λεγόμενες υπερσυμμετρικές θεωρίες – κλάδοι της θεωρίας των υπερχορδών – και οι οποίες υποδεικνύουν ότι υπάρχουν κι άλλες πρόσθετες διαστάσεις στις μικροσκοπικές κλίμακες. Οι τελευταίες απαιτούν μια πειραματική ακρίβεια που μόλις τώρα έγινε δυνατή από την ομάδα ILL…
"Εμείς δεν πρόκειται ποτέ να έχουμε τόση ευαισθησία όπως στις μεθόδους που ακολουθούν οι φυσικοί στις αστρονομικές κλίμακες, αλλά μπορούμε να είμαστε πολύ πιο ευαίσθητα στην κλίμακα μεταξύ χιλιοστού και λιγότερου από ένα μικρόμετρα," συμπληρώνει ο Geltenbort.
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου