Antarktika’daki yıldızların altındaki IceCube laboratuvarı. Katkıda bulunanlar: Martin Wolf, IceCube/NSF
Güney Kutbu’ndaki araştırmalar, uzay ve zamanın gizemli kuantum yapısını inceledi.
Einstein’ın genel görelilik teorisi, yerçekiminin uzay ve zaman yönlerinin eğriliğinden kaynaklandığını açıklıyor. Bunun en tanıdık tezahürü, bizi yerde tutan ve topların neden yere düştüğünü ve bireylerin teraziye basarken neden ağırlık sahibi olduklarını açıklayan Dünya’nın yerçekimidir.
Öte yandan, yüksek enerji fiziği alanında bilim insanları, kuantum mekaniğinin yasalarına uyan, elektron, proton ve nötron gibi parçacıkların konumlarında ve enerjilerinde belirsizlik yaratan rastgele dalgalanmalarla karakterize edilen, küçük, görünmez nesneler üzerinde çalışıyorlar. Maddenin ve ışığın atom altı ölçekteki davranışını açıklamak için kuantum mekaniğinin rastgeleliğini anlamak gerekir.
Kuantum Yerçekiminin Peşinde
Onlarca yıldır bilim insanları, yerçekiminin kuantum tanımını elde etmek için bu iki çalışma alanını birleştirmeye çalışıyorlar. Bu, genel görelilik ile ilişkili eğrilik fiziğini kuantum mekaniği ile ilişkili gizemli rastgele dalgalanmalarla birleştirecektir.
Yeni bir çalışma Doğa Fiziği Arlington’daki Texas Üniversitesi’nden fizikçiler, güney kutbundaki Antarktika buzulunun derinliklerine yerleştirilmiş bir parçacık detektörü tarafından tespit edilen ultra yüksek enerjili nötrino parçacıklarını kullanarak, bu iki teori arasındaki arayüze yönelik yeni ve derin bir araştırmayı rapor ediyor.
Son olarak DOM, veri almaya başlayabileceği diziye iner. Katkıda bulunanlar: Mark Krasberg, IceCube/NSF
Antarktika’da Deneysel Çabalar
Araştırmanın ortak yazarı ve fizik profesörü Benjamin Jones, “Kuantum mekaniğini yerçekimi teorisiyle birleştirmenin zorluğu, fizikteki en acil çözülmemiş sorunlardan biri olmaya devam ediyor” dedi. “Yerçekimi alanı doğadaki diğer alanlara benzer şekilde davranıyorsa eğriliği rastgele kuantum dalgalanmaları göstermelidir.”
Jones ve UTA lisansüstü öğrencileri Akshima Negi ve Grant Parker, ABD’nin yanı sıra Avustralya, Belçika, Kanada, Danimarka, Almanya, İtalya, Japonya, Yeni Zelanda ve Kore’den 300’den fazla bilim insanının dahil olduğu uluslararası IceCube İşbirliği ekibinin bir parçasıydı. , İsveç, İsviçre, Tayvan ve Birleşik Krallık.
Benjamin Jones, Arlington’daki Texas Üniversitesi’nde fizik profesörü. Kredi bilgileri: UT Arlington
Ekip, kuantum yerçekiminin izlerini araştırmak için Antarktika’nın güney kutbunun yakınına bir kilometrekare boyunca binlerce sensör yerleştirdi; bu sensörler, nötrinoları, yani sıra dışı ama bol miktarda bulunan, yüksüz ve kütlesi olmayan atom altı parçacıklar izledi. Ekip 300.000’den fazla nötrinoyu incelemeyi başardı. Bu ultra yüksek enerjili parçacıkların, Dünya boyunca uzun mesafeler kat ederken, yerçekimi kuantum mekaniksel olsaydı beklenebilecek uzay-zamandaki rastgele kuantum dalgalanmalarından rahatsız olup olmadıklarını görmek istiyorlardı.
Nötrino Gözlemlerinin Sonuçları
Negi, “Bu dalgalanmaları IceCube Gözlemevi tarafından tespit edilen nötrinoların lezzetlerini inceleyerek araştırdık” dedi. “Çalışmamız öncekilerden çok daha hassas bir ölçümle sonuçlandı (bazı modellerde bir milyondan fazla kat daha fazla), ancak beklenen kuantum kütleçekim etkilerine dair kanıt bulamadı.”
Uzay-zamanın kuantum geometrisinin gözlemlenmemesi, kuantum fiziği ile genel göreliliğin arayüzünde işleyen, hala bilinmeyen fizik hakkında güçlü bir ifadedir.
Jones, “Bu analiz, UTA’nın IceCube Gözlemevi’ne yaklaşık on yıl süren katkısının son bölümünü temsil ediyor” dedi. “Grubum şimdi atomik, moleküler ve optik fizik tekniklerini kullanarak nötrino kütlesinin kökenini ve değerini anlamayı amaçlayan yeni deneyler peşinde.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için Güney Kutbundan Nötrino Fısıltı Kuantum Yerçekimi Sırları sayfasına bakın.
Referans: The IceCube Collaboration tarafından yazılan “Atmosferik nötrinolarla kuantum yerçekiminden eşevresizliği arayın”, 26 Mart 2024, Doğa Fiziği.
DOI: 10.1038/s41567-024-02436-w