Ученые приближаются к разгадке частицы темной энергии «хамелеон»
Команда физиков из Калифорнийского университета в Беркли разработала беспрецедентно точный инструмент, предназначенный для поиска темной энергии — неуловимой силы, ускоряющей расширение Вселенной.
Их эксперимент, результаты которого были опубликованы в журнале Nature, нацелен на предполагаемую частицу, известную как хамелеон, которая может стать ключом к пониманию этой загадочной космической силы.
Темная энергия составляет около 70 процентов всей материи и энергии Вселенной. Несмотря на многочисленные теории, ее истинная природа остается загадкой. Среди ведущих гипотез — существование пятой силы, отличной от четырех известных фундаментальных сил природы — гравитации, электромагнетизма, а также сильного и слабого ядерных взаимодействий.
Эту силу должна передавать частица, получившая название «хамелеон» из-за ее способности прятаться на виду.
В эксперименте Калифорнийского университета в Беркли, проводимом профессором Хольгером Мюллером , используется усовершенствованный атомный интерферометр в сочетании с оптической решеткой. По сути, эта установка позволяет проводить точные измерения гравитации, удерживая свободно падающие атомы на месте в течение определенного периода времени.
Чем дольше ученые смогут удерживать там атомы, тем выше их шансы найти (или не найти) следы загадочного хамелеона.
«Атомная интерферометрия — это искусство и наука использования квантовых свойств частицы, то есть того факта, что она одновременно является и частицей, и волной. Мы разделяем волну таким образом, что частица проходит два пути одновременно, а затем интерферируем их в конце», — говорит Хольгер Мюллер.
«Волны могут быть либо однофазными и складываться, либо волны могут быть не в фазе и нейтрализовать друг друга. Хитрость в том, что находятся они в фазе или нет, очень сильно зависит от некоторых величин, которые вы, возможно, захотите измерить, таких как ускорение, гравитация, вращение или фундаментальные константы».
В то время как предыдущие эксперименты могли обездвиживать атомы только на миллисекунды, новый аппарат может поддерживать их гораздо дольше – от секунд до десятков секунд. Это знаменует собой значительное улучшение, которое повышает точность самых точных измерений в пять раз.
Чтобы выяснить, действительно ли частица-хамелеон является квантом темной энергии, ученым необходимо найти пробелы в результатах, предсказанных общепринятой теорией гравитации – чего никому не удавалось сделать с тех пор, как Исаак Ньютон основал свои теории 400 лет назад.
В своих недавних тестах исследователи не обнаружили отклонений от ньютоновской гравитации, предполагая, что если хамелеоны и существуют, то их эффекты чрезвычайно незаметны.
Тем не менее, исследователи сохраняют оптимизм. Улучшение точности их инструмента означает, что будущие эксперименты могут предоставить доказательства, необходимые для подтверждения или опровержения присутствия хамелеонов или других гипотетических частиц, способствующих темной энергии.