Новейший детектор темной материи опроверг популярную интерпретацию «кота Шрёдингера»

Международная группа исследователей из коллаборации XENON, работающая в подземном комплексе Гран-Сассо (Италия), представила результаты фундаментальной проверки основ квантовой механики. Используя XENONnT, передовой детектор тёмной материи с непревзойденной чувствительностью, физики впервые экспериментально опровергли ключевые положения классической модели спонтанной локализации (GRW), выдвинутой более сорока лет назад. Это достижение фактически ставит крест на одной из наиболее элегантных гипотез, призванных объяснить, почему макромир подчиняется законам классической физики, тогда как на микроуровне господствуют квантовые законы.

В центре внимания исследователей находилась классическая «загадка кота Шрёдингера»: стандартный математический аппарат квантовой механики допускает нахождение крупных тел в состоянии суперпозиции, однако в повседневной реальности мы этого не наблюдаем. Модели динамического коллапса (DCM), включая теорию Гирарди — Римини — Вебера (GRW), предполагают наличие некоего естественного процесса, принудительно «схлопывающего» квантовую неопределенность. Согласно теоретическим выкладкам, подобный коллапс должен сопровождаться побочным эффектом — испусканием сверхслабого рентгеновского излучения. Именно этот гипотетический «квантовый шум» и был целью поиска ученых.

Уникальность эксперимента заключается в использовании двухфазной эмиссионной время-проекционной камеры (TPC), заполненной 5,9 тоннами жидкого ксенона. Чтобы уловить столь тонкий сигнал, детектор был превращен в «самое тихое место в известной Вселенной»: его тщательно очистили от радиоактивных примесей и надежно укрыли под 1400-метровой толщей скальных пород. Важнейшим научным вкладом группы стала интеграция в расчеты модели «атомного подавления» (cancellation effects). Впервые физики учли, что на характерных энергиях рентгеновского излучения электроны и протоны внутри атомов ксенона интерферируют, частично нейтрализуя излучение друг друга. Этот подход позволил на несколько порядков повысить точность поиска по сравнению с предыдущими работами.

Результаты первого цикла наблюдений (SR0) при экспозиции свыше одной тонны в год продемонстрировали полное отсутствие аномального излучения. Это позволило установить новые мировые рекорды чувствительности, улучшив ограничения для модели непрерывной спонтанной локализации (CSL) в 100 раз, а для гравитационной модели Диоши — Пенроуза — в 5 раз.

Ключевым итогом стала фальсификация параметров теории GRW с уровнем достоверности 9,1σ. На текущий момент ученые могут с высокой степенью уверенности заявить, что классический механизм «мгновенного» коллапса в его первоначальной формулировке не существует, что ставит под серьезное сомнение обоснованность простейших марковских моделей квантовой динамики.

Команда из более чем 150 физиков-экспериментаторов и теоретиков подчеркивает: данная работа не дает окончательного ответа на вопрос о природе реальности, но существенно сужает область поиска. В ближайшем будущем научное сообщество переключит внимание на более сложные теоретические концепции, такие как модели с «цветным» шумом или диссипацией, для проверки которых потребуются более длительные наблюдения на XENONnT.

Это открытие подтверждает, что детекторы тёмной материи превратились в мощнейшие инструменты для исследования самой структуры пространства-времени и фундаментальных основ квантового мироздания.

 

Источник: iXBT