Исследователи сделали значительный шаг на пути к решению одной из самых трудных задач современной физики — интеграции принципов общей теории относительности и квантовой механики. Возможный мост между этими теориями — квантовая гравитация — уже много лет остаётся лишь теоретической концепцией. Новые данные, полученные с подводного детектора частиц KM3NeT/ORCA, расположенного на глубине 2450 метров у берегов Франции, сужают круг поиска, исключая целый ряд теоретических моделей.
Эксперимент сосредоточен на нейтрино — частицах, которые каждую секунду пронизывают Землю и окружающий мир в триллионах, практически не взаимодействуя с материей. Лишь иногда они сталкиваются с атомами, к примеру, в воде, вызывая вспышки, известные как черенковское излучение. Эти «следы» фиксируются фотонными детекторами KM3NeT — сетью из сотен сфер, достаточно чувствительных, чтобы обнаружить отдельные фотоны. Главная цель исследования — не сами нейтрино, а их способность изменяться в процессе движения — осцилляции.
Близкой аналогией может служить Wi-Fi сигнал, самопроизвольно превращающийся в Bluetooth и возвращающийся обратно, сохраняя при этом информацию. Нейтрино «меняются» таким же образом, существуя в трёх состояниях одновременно благодаря квантовой суперпозиции. Тем не менее, если гравитация проявляет квантовые особенности, она может нарушать эту гармонию, внося хаос в осцилляции — эффект декогеренции, напоминающий помехи от неизвестного источника. Обнаружение таких помех стало бы первым свидетельством квантовой природы гравитации.
Анализ данных ORCA, проведённый международной командой исследователей, показывают, что нейтрино продолжают следовать чётким паттернам осцилляций. Это отвергает воздействие квантовой гравитации в пределах чувствительности детектора. «Введённые нами ограничения в 50 раз строже предыдущих измерений, — отмечает участник исследования Надя Лессинг. — Если эффект и существует, то он слишком мал для обнаружения современными приборами, подобно тому, как первые микроскопы не могли видеть вирусы».
Этот результат важен не только как отрицательный вывод. Он ставит перед нами технологические вызовы, подобные переходу от обычных камер смартфонов к сложным системам LiDAR в беспилотниках: следующим шагом должны стать детекторы высокой точности, способные уловить микроскопические изменения пространства-времени. Известно, что нейтрино — не просто эфемерные частицы, а уникальные инструменты для изучения фундаментальных законов природы.
«Декогеренция нейтрино могла бы стать научным прорывом, — утверждает Лессинг. — Но даже её отсутствие продвигает науку, заставляя теории искать проявления в других областях». Эксперимент KM3NeT — часть глобальной тенденции использования астрофизических технологий (например, антарктического IceCube) для квантовых исследований. Возможно, детекторы следующего поколения помогут произвести революцию, сравнимую с открытием бозона Хиггса, на стыке гравитации и квантового мира.
Источник: iXBT
