Istnieje przypuszczenie, że teoria grawitacji i fizyka kwantowa łączą się w jedną teorię w ekstremalnie wysokich energiach oraz na bardzo krótkich dystansach równym długości Plancka ~10-35m. Jest to odległość tak mała, że gdyby powiększyć ją do 1 metra, to pojedynczy atom byłby tak duży jak cały widzialny Wszechświat. Podobnie energia Plancka jest tak duża że nawet Wielki Zderzacz Hadronów osiąga najwyżej ułamek tej energii i musiałby mieć kosmiczne rozmiary, aby tylko się zbliżyć do energii Plancka . W tej skali, z pewnością występują nowe, nieznane  zjawiska. Jednak skala Plancka jest tak odległa od aktualnych możliwości eksperymentalnych, że badania grawitacji kwantowej są powszechnie uważane za prawie niemożliwe do przeprowadzenia.

Poszukiwanie teorii, która unifikuje mechanikę kwantową z teorią grawitacji Einsteina  jest jednym z głównych wyzwań współczesnej fizyki.

Współpracujące ze sobą  grupamy CASLAV Brukner i Markusa Aspelmeyer z Uniwersytetu w Wiedniu i Myungshik Kim z Imperial College w Londynie zaproponowały nowy eksperyment dotyczący kwantowej grawitacji z wykorzystaniem lustra o masie Plancka czyli  ok. 10-5g.  Jak widać jest to wartość ogromna, jeśli chodzi o efekty kwantowe. Taki eksperyment mógłby być testem dla niektórych prognoz kwantowej grawitacji.

W mechanice kwantowej niemożliwe jest, aby wiedzieć, gdzie w danym czasie znajduje się cząstka i jak szybko się porusza. Niemniej jednak, jest możliwe, aby dokonać dwóch następujących po sobie pomiarów: pomiaru położenia tych cząstek, a następnie  pomiaru jego pędu, lub odwrotnie. W fizyce kwantowej dwie różne sekwencje pomiarowe prowadzą do różne wyników eksperymentu.  Według wielu teorii grawitacji kwantowej, różnica między pomiarami będzie zmieniać się w zależności od masy układu, ponieważ długość Plancka stanowi podstawowy limit pomiaru odległości. Zespół fizyków pokazał, że choć takie zmiany byłyby bardzo małe, mogą one zostać zweryfikowane za pomocą bardzo masywnych układów kwantowych w laboratorium. Taki eksperyment może zatem przetestować niektóre z propozycji dla grawitacji kwantowej.

W pomysłowym eksperymencie uczeni mają zamiar użyć impulsów laserowych, które będą oddziaływały czterokrotnie z poruszającym się mikroskopijnym lustrem o masie Plancka.   Precyzyjne pomiary czasu pozwolą na pomiar pędu i położenia lustra w kolejnych chwilach i porównać wyniki gdy kolejność pomiarów zostanie zmieniona a więc najpierw nastąpi pomiar położenia a potem pędu lustra.  Każde odchylenie od wyniku obliczonego na podstawie  „czystej” mechaniki kwantowej świadczyć będzie o prawidłowych przewidywaniach kwantowej teorii grawitacji. Jeśli jednak nie zaobserwuje się odchyleń, wyniki pomogą w poszukiwaniu ewentualnych nowych teorii. Niektóre teoretyczne podejścia do kwantowej grawitacji rzeczywiście przewidują bowiem różne wyniki tego eksperymentu. Naukowcy wskazują zatem, jak badać te jeszcze nieodkryte teorie w laboratorium bez użycia akceleratorów cząstek o wysokiej energii, ani nie opierając się na rzadkich wydarzenich astrofizycznych.

Praca nt. eksperymentu została opublikowana w Nature Physics.

By admin

Dodaj komentarz