Физики ограничили параметры гипотетической «теории всего»

Физики ограничили параметры гипотетической «теории всего»

Две группы ученых исследовали, как сильно отличаются приливные силы и расстояние до Луны от предсказаний теории относительности. Таким образом им удалось ограничить возможные вклады из-за лоренц-нековариантности, которые предсказывались расширением стандартной модели (претендующим на роль «теории всего»). В результате эти вклады оказались очень малы. Статьи опубликованы одновременно в Physical Review Letters.

С одной стороны, на классическом уровне общая теория относительности (ОТО) отлично объясняет наблюдаемые гравитационные явления. С другой стороны, стандартная модель (СМ) хорошо описывает явления на квантовом уровне. Объединить эти две основные теории физики до сих пор не смогли, однако теоретики предсказывают некоторые эффекты, которые должны учитывать все четыре фундаментальных взаимодействия.

Например, ожидается, что эффекты квантовой гравитации станут существенны на планковских масштабах (энергиях около 1019 гигаэлектронвольт), на которых лоренц-ковариантность, лежащая в основе специальной теории относительности и стандартной модели, будет нарушаться. Такие энергии на данный момент недостижимы, но по некоторым теориям слабые нарушения лоренц-ковариантности можно зафиксировать и при меньших энергиях с помощью экспериментов высокой точности. Разумеется, если эти нарушения вообще есть.

Одной из теорий, связывающей ОТО и СМ, является расширение стандартной модели (Standard Model Extension, SME). С помощью специальных коэффициентов при добавках к эффективному действию модели она учитывает всевозможные нарушения лоренц-ковариантности, которые могут прийти из различных областей физики. Коэффициентов этих очень много, поскольку они должны описывать вклад членов, содержащих производные все больших порядков. Отдаленно этот подход к построению теории напоминает обычное разложение в степенные ряды. В данных двух статьях физики сконцентрировались на поиске ограничений только для части коэффициентов.

В первой статье группа ученых под руководством Наташи Флауэрс (Natasha A. Flowers) уточнили ограничения для семи параметров SME, а еще шесть измерили впервые. Для этого исследователи следили за приливными эффектами с помощью четырех сверхпроводниковых гравиметров проекта GPP. Принцип работы гравиметров состоит в подвешивании сверхпроводящей сферы в магнитном поле: если гравитационное поле изменится, тело придет в движение и наведет в установке электрический ток, по величине которого можно определить ускорение. Чувствительность приборов составляла около 10-12, относительная погрешность из-за расхождения показателей гравиметров оценивается величиной 10-9 в год.

Чтобы извлечь ограничения на параметры из экспериментальных данных, физики предположили, что поправка к показаниям гравиметров является линейной комбинацией различных поправок, вызванных лоренц-нековариантностью теории. Выделяя из данных, записанных на гравиметрах, вклад приливных эффектов и раскладывая в ряд Фурье полученную зависимость, они получили ограничения на амплитуды этих поправок. Оказалось, что ограничения на максимальные значения соответствующих коэффициентов SME составляют от 10-9 до 10-3.

В то же время, во второй статье группа ученых из Сорбонны, Калифорнийского и Болонского университетов уточнили значения для еще шести параметров SME, исследуя движение Луны с помощью лазерной дальнометрии. Из-за вклада лоренц-нековариантных членов расстояние до спутника отличалось бы от предсказаний ОТО, и это отличие можно измерить, направляя на поверхность Луны лазерный луч и засекая время, в течение которого он вернется обратно. Всего за последние 48 лет было сделано 24022 замера расстояния, использующих отражение от зеркал, установленных на советских Луноходах 1 и 2, а также во время миссий Аполлон-11, 14 и 15. В результате оценки для максимальных значений параметров SME составили от 10-12 до 10-9.

В прошлом году мы уже писали о том, как авторы одной из данных статей получили с помощью лазерной дальнометрии Луны ограничения на параметры SME, ответственные за нарушение Лоренц-ковариантности. В новой работе ученые включили в рассмотрение новые данные и уточнили результаты почти в тысячу раз.

Дмитрий Трунин

N+1

Похожие новости:
Падающие атомы проверили закрученность пространства-времени
Физики из университетов Гуаньчжоу и Сунь Ятсена проверили универсальность гравитации по отношению к объектам, обладающим различным спином. С точностью вплоть до десятимиллионных долей авторам удалось показать, что свободное падение для атомов рубидия не зависит от их собственного момента импульса. Этот результат ..
2016-07-09 1319 0 Научные открытия
0
Физики впервые подтвердили эргодическую теорию
Физики впервые смогли экспериментально подтвердить положения эргодической теории - теории, объясняющей свойства динамических систем. Исследование сразу двух коллективов ученых появилось в журнале Angewandte Chemie. Коротко о нем пишет портал Physics World. Динамическими системами называют системы, ..
2011-10-21 1394 0 Научные открытия
0
Таинственный двухфотонный пик пропал из данных БАК
Физики из коллабораций ATLAS и CMS рассказали о последних результатах поисков частиц вне Стандартной модели на Большом адронном коллайдере. Ученые искали частицы, распадавшиеся на два фотона в данных, собранных за 2016 год. По словам представителей коллаборации ATLAS новые данные не подтверждают избыток ..
2016-08-07 804 0 Научные открытия
0
Физики вывели квантовую механику из полевой теории струн
Американские физики-теоретики продемонстрировали возможность получения квантовомеханических соотношений из специального случая струнной теории поля (полевой теории струн). Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physics Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета Южной ..
2014-11-05 1477 0 Научные открытия
0
Крупнейшая научная премия досталась выходцу из России
Крупнейшая в мире научная премия - премия Мильнера или Fundamental Physics Prize (FPP) - досталась сотруднику Принстонского университета Александру Полякову, который является выходцем из России, передает в четверг «Лента.ру». Размер премии составляет 3 млн долларов. Она досталась Полякову за работы в области ..
2013-03-21 1852 1 Научные открытия
0
Физик починил причинно-следственные связи в гравитации
Российский физик из Физического института имени Лебедева Андрей Барвинский, по его собственным словам, сумел решить вопрос о нарушении причинности в нелокальной теории гравитации. Препринт статьи Барвинскогоопубликован на сайте arXiv.org, а его краткое изложение с пояснениями автораприводит ФИАН-информ. В 90-х годах ..
2013-01-29 1480 1 Научные открытия
0
Открытие "частицы Бога" "Наука 2.0" и Вести.Ru покажут в прямом эфире
Ученые Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) на научном семинаре планируют объявить о грандиозном открытии — обнаружении бозона Хиггса — предсказанной частицы, несущей ответственность за массу элементарных частиц в рамках физической теории "Стандартного типа". Бозон Хиггса получил ..
2012-07-4 1436 0 Научные открытия
0
Физики доказали нестабильность пятимерных черных дыр
Математические физики из Великобритании впервые показали, что черные дыры в пятимерном и более высокой размерности пространстве-времени нестабильны и нарушают принцип космической цензуры. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, а кратко о нем сообщается на сайте Кембриджского университета.Принцип космической цензуры ..
2016-02-20 1354 0 Научные открытия
1
Объяснена работа невозможного двигателя
Исследователи из Лиссабонского университета в Португалии предложили объяснение работы EmDrive, действие которого до сих пор не получило объяснения в рамках законов сохранения. По их мнению, двигатель не нарушает известные физические принципы, если его функционирование рассматривать в рамках теории волны-пилота. Статья ученых опубликована ..
2017-10-09 8494 0 Научные открытия
0
CERN превратил Солнце в линзу для аксионного телескопа
18 декабря в CERN на солнечно-аксионном телескопе CAST прошел первый сеанс поиска частиц-кандидатов на роль темной материи, излучаемых сверхмассивной черной дырой, расположенной в центре Млечного Пути. Солнце в этот день было точно на линии между Землей и сверхмассивным объектом и могло ..
2016-12-21 3713 0 Научные открытия
0
Найдены новые доказательства теории Большого взрыва
Международная команда ученых, используя самый мощный телескоп на Земле, открыла, что в моменты времени сразу после Большого взрыва Вселенная вела себя так, как предсказывается теорией, устранив таким образом значительное несоответствие между теорией и наблюдениями, беспокоившее ..
2013-06-10 2407 0 Научные открытия
1
Темную энергию связали с началом коллапса Вселенной
Физики из Калифорнийского университета в Дэвисе и Ноттингемского университета предложили модификацию общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, следствием которой является коллапс Вселенной в будущем, а также описали механизм этого процесса. Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух ..
2015-04-02 3765 0 Научные открытия
-2
Физики объяснили роль гравитации в проявлении квантовых свойств
Физики из Австрии объяснили роль гравитации в подавлении проявления квантовых свойств микромира. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Physics. Исследование микромира — взаимодействий элементарных частиц — проводится, как правило, на низких энергиях в пренебрежении эффектами гравитации. Однако ..
2015-06-16 6378 0 Научные открытия
0
Теорию струн и петлевую квантовую гравитацию предложили объединить
Физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер из Стокгольма посчитала двух альтернативных претендентов на «теорию всего» (теорию струн и петлевую квантовую гравитацию) сторонами одной медали. По ее мнению, в настоящее время петлевая квантовая гравитация достигла большого прогресса. Об этом ученый рассказала ..
2016-01-15 1400 0 Научные открытия
0
Физики БАК расскажут о таинственном двухфотонном пике в пятницу
В среду 3 августа в Чикаго началась крупнейшая международная конференция по физике высоких энергий — ICHEP-2016. Ожидается, что новые результаты представят основные коллаборации Большого адронного коллайдера и другие крупные мировые эксперименты. В частности, в пятницу, 5 августа физики из ATLAS и CMS расскажут о ..
2016-08-07 1193 0 Научные открытия
0