Физики впервые измерили квантование гравитации у нейтронов

Упрощённая схема опыта. Пунктиром показаны различные гравитационные квантовые состояния нейтронов, находящихся в поле силы тяжести Земли (иллюстрация Technische Universität Wien).

Европейцы проявили квантовые эффекты гравитации на субатомном уровне. Учёные сумели произвольно перебрасывать нейтроны между гравитационными квантовыми состояниями, одновременно измеряя параметры этих переходов.

Удивительный эксперимент провели физики-ядерщики из института Лауэ-Ланжевена в Гренобле (Institut Laue-Langevin) и Венского технологического университета (TU Wien). Они получили в реакторе нейтроны и замедлили их до очень малой скорости (всего около пяти метров в секунду). Далее учёные направили эти нейтроны между двумя горизонтальными пластинами, разделёнными зазором в 25 микрометров. При этом верхняя пластина поглощала нейтроны, а нижняя — отражала их.

Между пластин ультрахолодные нейтроны летели по баллистической кривой, определяемой только силой тяжести и начальной скоростью частицы. Как объясняет BBC, если нейтрон падал на нижнюю пластину, он отскакивал от неё в пластину верхнюю, поглощался и не фиксировался датчиком, размещённым на выходе пластин.

Для дальнейшего «фокуса» нижнее зеркало выполнили вибрирующим, добавив к нему пьезорезонатор. Колебания этой пластины могли сообщать ударяющимся нейтронам дополнительную энергию, а потому — влиять на траекторию. При плавном изменении частоты колебаний зеркала физики наблюдали несколько чётких провалов в числе нейтронов, фиксируемых за пределами пластин.

Так обнаружились хорошо разнесённые резонансные частоты, на которых частицы были склонны поглощать энергию. Учёные интерпретировали эти частоты как гравитационные квантовые состояния нейтронов, находящихся в земном гравитационном поле. Переход между ними требовал строго фиксированной энергии, пропорциональной разнице между частотами.

Новый метод измерения получил название «гравитационная резонансная спектроскопия». Она оказалась столь чувствительной, что с её помощью группа физиков намерена проверить несколько предполагаемых сверхслабых эффектов в области гравитации.

В частности, в дальнейших экспериментах команда желает выявить — действует ли на субатомном масштабе равенство гравитационной и инертной масс. Также представляет интерес проверка закона всемирного тяготения Ньютона для столь малых тел, какими являются нейтроны.

Если с помощью новой техники учёные обнаружат в микромире какие-то отклонения от известных законов, это повлечёт за собой серьёзные последствия. Например, в опытах с ультрахолодными нейтронами могут проявиться дополнительные пространственные измерения, в которых действует гравитация. Это обрадует сторонников теории струн.

Также в наборе данных, описывающих нейтроны, скачущие с одного гравитационного квантового уровня на другой, физики мечтают найти следы гипотетических аксионов. Это, в свою очередь, пролило бы свет на природу тёмной материи.

Ранее опыты с гравитацией на микроуровне с такой точностью измерений не были доступны учёным. Потому новый эксперимент — важный шаг на пути к теории квантовой гравитации и «теории всего» (TOE).

(Детали опыта изложены в 
статье в Nature Physics и пресс-релизах института и университета.)



Физики задержали радугу на поверхности металла

13 апреля 2011

Учёные создали крошечных собратьев кота Шрёдингера

7 апреля 2011

Предложена теория обогрева планет тёмной материей

6 апреля 2011

Австрийцы построили крупнейший квантовый регистр

4 апреля 2011

Физики открыли самоохлаждение графеновых транзисторов

4 апреля 2011
  • Олег Иващук  18 апреля, 13:19
    Ну что ж, г-н Лешан может быть доволен этой новостью — квантование гравитации вытекает из его дырочной теории. Г-н Лалетин нервно курит в сторонке — с его эфиром разных размеров, скоростей и направлений это явление необъяснимо. Кстати, я знаю что он заявит на этот опыт — этого не может быть, нас разводят, это заговор и происки врагов:)
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  18 апреля, 18:49
    -- Квантование свойство симметричных взаимодействий, а не полей.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  20 октября, 23:44
    Поддерживаю Сергея: именно взаимодействий, а не самого поля, как заявлено в заголовке.
    ОтветитьНравится
  • Константин Селезнев  18 апреля, 15:43
    )) Читал теорию Лешана довольно интересная.
    ОтветитьНравится
  • Константин Лешан  18 апреля, 18:50
    Спасибо за поддержку, дырочная теория в самом деле квантовая теория, позволяющая в рамках одной и той же модели объяснить гравитацию, инерцию и квантовые феномены. Если в самом деле, как написано в статье, нейтроны скачут с одного гравитационного квантового уровня на другой, то это подтверждение дырочной теории, но эффект еще нужно подтвердить. В дырочной теории вообще все частицы постоянно скачут, потому что гравитация присутствует везде, а в сильном гравитационном поле Земли, возможно эффект должен усиливаться.
    Эксперимент желательно разнообразить, например почему сразу выбрали зазор между пластинами в 25 микрометров, а как ведут себя нейтроны при изменении величины зазора. Также можно увеличить или уменьшить высоту от центра Земли, все это поможет установить, какой вклад в результаты эксперимента вносит гравитация, и какой – квантовые эффекты связанные с волновой природой нейтронов, взаимодействующие с вибрирующей пластиной. Интересно пластины проводящие или нет, а то немного напоминают эффект Казимира. Оригинальная статья отпускается только за деньги – 18$.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  18 апреля, 20:16
    Насколько я понимаю, эффект Казимира имеет электромагнитную природу, он не должен действовать на нейтроны.
    ОтветитьНравится
  • Константин Лешан  18 апреля, 23:11
    Формально это так, нейтрон вроде нейтральная частица, но если влезать в тонкости, то нейтрон имеет магнитный момент, а также ведется поиск электрического дипольного момента нейтрона. Электрический дипольный момент у нейтрона отражает неравномерное распределение заряда по объему частицы Некоторые физики предполагают, что эффекты, которые обусловлены наличием у нейтрона электрического дипольного момента, должны расти с возрастанием электрического поля, приложенного к нейтрону, а также с увеличением времени пребывания нейтрона в этом поле. Нейтроны очень низких энергий, ультрахолодные, обладают уникальным свойством – их можно хранить в магнитных ловушках, потому что они могут взаимодействовать с магнитными полями. Просто, я думаю что в таких фундаментальных экспериментах надо учитывать все возможные эффекты
    ОтветитьНравится
  • Антон Агейкин  25 апреля, 15:45
    он будет действовать на пластины)
    ОтветитьНравится
  • Сергей Кремлёв  18 апреля, 15:49
    Господин Лалетин, если Вы пришли на эту ветку, повторю для Вас мой вопрос: Вы до сих пор не ответили, какой математический аппарат Вы применяте для разработки Вашей теории. Дайте же наконец прямой ответ.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Кремлёв  18 апреля, 18:30
    Подобные теории выхватывают что то одно и довольно примитивно, пытаются с помощью элементов, не имеющих чёткого определения (типа «шарики», «лучи», «направление» и прочее, забыв указать из чего изготовлены эти самые шарики) построить решение частного вопроса современной науки, причём зачастую используя понятия, которые пытаются оспорить, сами этого не подозревая. Самое главное, они не понимают, какой гигантский путь прошла физика стараясь свести все наблюдаемые факты в непротиворечивую картину. Здесь побоку квантовая теория, давшая жизнь всей современной электронике (пусть они попробуют описать хотя бы уровни электрона у водорода). Они не подозревают, что Максвел написал свои уравнения почти 200 лет назад и что они прекрасно описывают поведение ЭМ волн. Ну, и так далее.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  21 октября, 00:07
    «Самое главное, они не понимают...».
    Я не придерживаюсь взглядов г. Лалетина, но он мне симпатичен хотя бы тем, что заставляет думать, а не считать.
    Медики говорят: «паталогоанатом — лучший диагност» — так это как раз про современную физику, которая выделилась из живописи (есть такая версия), когда стало ясно: красота совсем не в том, что б безупречно передать пропорции тела.
    С тех пор физика анатомирует все то, что остается от жизни.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  18 апреля, 18:56
    -- Красивая работа, просто читается как соната вертуозов, браво !
    ОтветитьНравится
  • Александр Лалетин  18 апреля, 18:56
    Опыт интересный, а трактовка, как обычно, сплошное мракобесие.
    К вопросу о математическом аппарате, вот у меня почему-то хватает соображения не спрашивать вас, какую логику вы используете при написании комментариев, потому что ее там просто нет, как нет никакой математики в моей теории лучевого эфира. Так какой может быть аппарат математический, и на кой хрен он мне задался, если я не даю и не собираюсь давать какие -то математические формулы.
    О подобных теориях рассказывайте своим родственникам пожалста, а тут не надо, подобных теорий нет и не было.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Смирнов  18 апреля, 19:15
    Один ученый сказал — «наука — это область знаний, где можно применить математику», так что где нет математики — нет и науки.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Заикин  18 апреля, 22:12
    А для чего нужна теория, которую нельзя записать языком математики? Как на ее основе можно предсказывать результаты опытов? Как из нее можно извлечь хоть какую-то пользу? Проверить ее наконец как?
    Я одного не понимаю, зачем Вы тут проповедуете, здесь не ваша аудитория. Есть много других мест, где Ваши проповеди о порочности и никчемности современной науки и физики в частности найдут большой отклик и понимание. Честно, Ваше упорство достойно лучшего применения.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Кремлёв  19 апреля, 11:36
    Ну, господин Лалетин, Вам тут действительно делать нечего, Вы продемонстрировали Вашу никчемность во всей полноте. Да ещё и хамите.
    Вы ведёте себя, как взбесившийся клоп в чужой постели, требуя к себе внимания.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  19 апреля, 15:48
    -- Это Истина.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  21 октября, 00:08
    повторите пожалуйста, я записываю
    ОтветитьНравится
  • Алексей Босак  18 апреля, 22:00
    Некоторые поправки:
    не квантование гравитации, а квантование энергии нейтрона в гравитационном поле. И не впервые — впервые было в 2001 [Nature 415, 297-299 (17 January 2002) | doi:10.1038/415297a; Quantum states of neutrons in the Earth’s gravitational field, Valery V. Nesvizhevsky, Hans G. B
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  19 апреля, 16:04
    -- тут адрес работы вроде:
    nuclpart.kek.jp/NP08/presentations/neutron/pdf/02.geltenbort.pdf
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  25 апреля, 16:05
    Новизна нынешнего опыта — в произвольной переброске между уровнями (введение вибрирующего зеркала) и в измерении её результата.
    (we observe transitions between gravitational quantum states )
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  21 октября, 00:10
    Вот, совершенно верно, квантуется энергия, в данном случае, потенциальная энергия нейтрона в гравитационном поле Земли, но не само поле.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Босак  18 апреля, 22:05
    Hans G. Boerner, Alexander K. Petukhov, Hartmut Abele, Stefan Baeler, Frank J. Rue, Thilo Stoeferle, Alexander Westphal, Alexei M. Gagarski, Guennady A. Petrov & Alexander V. Strelkov]
    Впервые показано перетаскивание нейтронов между уровнями пинками.
    Рекомендую любопытствующим по проекту GRANIT www.ill.eu/instruments-support/instruments-groups/new-instrument-projects/granit/

    Тов. Лалетину могу порекомендовать рубашечку с рукавами подлиннее, чтоб х@@ни всякой поменьше писалось.

    ОтветитьНравится
  • Максим Селиванов  19 апреля, 01:55
    Прикольная ссылка, оказывается этим уже больше 5 лет занимаются )
    ОтветитьНравится
  • Сергей Кремлёв  19 апреля, 11:54
    Одним словом, Вы господин Лалетин, ошиблись дверью, и делать здесь Вам нечего, ибо в Ваших измышлениях нет доказательной базы, а без этого можно с таким же успехом рассказывать хоть о зелёных человечках, хоть сплетничать с бабушками на завалинке. Поскольку от таких россказней информации 0 битов. Нет информации- нечего обсуждать.
    ОтветитьНравится
  • Антон Агейкин  25 апреля, 15:38
    « Учёные интерпретировали эти частоты как гравитационные квантовые состояния нейтронов» — настораживает меня этот переход.... собственно в исходниках тоже никакой информации....
    ОтветитьНравится
  • Алекс Москов  17 мая, 02:32
    а на мой взгляд «квантование» гравитации тут притянуто за уши, здесь явное «квантование» неровностей зеркала, ведь для нейтронов это не зеркало, а очень бугристая поверхность. с ямами и горками, которая трясется вверх-вниз. Вот и получили неравномерность отражения от периодической неровной поверхности.
    Попахивает заказухой квантовиков.
    Пусть зеркала сделают из разных кристаллических и аморфных тел, может даже жидкости и т..п. тогда можно будет делать реальные выводы.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  21 октября, 00:14
    И это отличное замечание, но все-таки, квантование потенциальной энергии нейтрона в гравитационном Поле было бы интереснее.
    Ведь согласитесь: само поле не квантуется (волны гравитации пока не обнаружены), а энергия взаимодействия с ним тяжелых частиц — квантуется.
    ОтветитьНравится
  • Алекс Москов  22 октября, 21:18
    Сергей Скалба 21 октября, 00:14 сказал
    «а энергия взаимодействия с ним(гравиполем) тяжелых частиц — квантуется.»
    Буду благодарен, если подскажите ссылки на опыты где это демонстрируется. Мне кажется можно по иному объяснить такие эффекты, возможно даже более интересно чем у квантовиков.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  26 октября, 16:34
    Возможно, я не точно выразился, сказав «энергия взаимодействия». На самом деле я имел ввиду потенциальную энергию нейтрона в гравитационном поле Земли.Т.е. то, что описано в данной статье: «Учёные интерпретировали эти частоты как гравитационные квантовые состояния нейтронов, находящихся в земном гравитационном поле. Переход между ними требовал строго фиксированной энергии, пропорциональной разнице между частотами». Т.е. само поле не квантуется (до настоящего времени нет ни одного свидетельства о существовании волн гравитации), а квантовые состояния массивных частиц имеются.
    Фактически, этот опыт говорит, что хотя гравитирующая и инерциальная масса эквивалентны, но гравитирующая континуальна, а инертная (потенциальная энергия частицы) — носит квантовый характер!
    Ведь это как раз то, чего так надеялся обнаружить Эйнштейн: связь континуального поля с квантовыми состояними в нем частиц, и что важно: на самом фундаментальном дальнодействии — гравитации.
    ОтветитьНравится
  • Половина комментариев посвящена Лалетину.

    Ну оставьте Вы человека в покое, ну шизофреник он, и в этом его личная драма. А присутствующая публика могла бы просто игнорировать его сентенции, или наслаждаться ими, по желанию... доказать г-ну Лалетину что-либо, все равно, не удастся — c’est la schizophrenia. А остальным и доказывать ничего не нужно... или все ТАК плохо, что доказательства не помогут. Это уже субьективщина, иррациональный вопрос веры.

    Полагаю, лучший способ лечиться от Лалетина — игнорировать его.

    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  21 октября, 00:18
    Говорят, еще в таких случаях неплохо принять алкоголь.
    ОтветитьНравится
  • Александр Лалетин  26 октября, 18:18
    Если вам не понятно что я пишу, то не надо себя ломать, это просто не для вас предназначенная информация. Но судя по вашей тональности вам все хорошо понятно, просто вам по какой=то причине очень не хочется что бы эта информация была доступна для людей, от сюда и страстное желание высветить меня толи шизофреником то ли еще в каком непристойном образе
    ОтветитьНравится
  • Константин Верехин  8 января, 15:53
    удивительно, что прекрасное и вечное можно измерить математически
    ОтветитьНравится
  • Олег Терешков  18 марта, 01:07
    Про квантовые исчисления на сайте svigodoi.ru была интересная статья
    ОтветитьНравится