Можно ли проверить теории квантовой гравитации на современных ускорителях?

Новые исследования утверждают, что да.

Одной из фундаментальных и, можно сказать, концептуальных проблем современной физики является раздельное сосуществование двух важных теорий — квантовой механики (квантовой теории поля в более узком смысле) и общей теории относительности (теории гравитации). Множество людей бьётся над проблемой их совмещения, но пока безуспешно.

Основная проблема заключается в том, что все современные теории квантовой гравитации для своей экспериментальной проверки требуют условий, недостижимых на современных установках. По крайней мере, так считалось до сегодняшнего дня.

Некто Vanagh Gharibyan, работающий на установке DESY в Германии, опубликовал в Physical Review Letters статью, в которой утверждает, что некоторые из теорий квантовой гравитации могут быть верифицированы путём наблюдения рефракции лазерного импульса на энергичном электронном пучке.

В эксперименте предлагается наблюдать за классическим эффектом Комптона. Этот эффект заключается в том, что фотон (частица света) при взаимодействии с отдельным электроном может поменять направление своего движения и частоту (или, что то же самое, энергию). Как показал Gharibyan ранее, этот эффект зависит от значения показателя преломления среды, в которой происходит взаимодействие.

Схематическое изображение эффекта Комптона.
Схематическое изображение эффекта Комптона.

Как известно, показатель преломления абсолютно пустого вакуума — 1. Некоторые теории квантовой гравитации предсказывают, что на расстояниях порядка планковской длины (около 10-35 м) пространство само по себе не является гладким. Это эффективно проявляется как отличие показателя преломления от 1. Конечно, это отличие очень мало, но и современные оптические инструментами чрезвычайно точны.

Условное изображение структуры пространства на планковских масштабах с точки зрения  петлевой теории квантовой гравитации.
Условное изображение структуры пространства на планковских масштабах с точки зрения петлевой теории квантовой гравитации.

Оценки, проведённые Gharibyan, показывают, что эффект принципиально наблюдаем даже на установках современного уровня. Если это действительно так, то уже в скором времени квантовая гравитация может перестать быть чисто теоретической наукой.


Источник: Physics — Testing Quantum Gravity with Accelerators

comments powered by Disqus