[image]

Обнаружен квантовый гравитационный эффект

 
19:00 16 January 02
Hazel Muir
 
Gravity's subtle influence in the quantum world has been directly
observed for the first time.

On tiny scales, nature makes particles behave according to
curiously rigid rules. For instance, negatively charged electrons
trapped around a positive nucleus under the pull of the
electromagnetic force cannot have any energy they want -they
have to fall into a set of distinct energy levels.

In the same way, the pull of gravity should make particles fall
into discrete energy levels. But because gravity is extremely
weak on small scales, the effect has been impossible to spot.
"To be able to measure it, you need to suppress interference
from all the other fields," says Valery Nesvizhevsky of the
Laue-Langevin Institute in Grenoble, France.

Now Nesvizhevsky and his colleagues have achieved the feat
using a beam of neutrons. Neutrons were ideal because they're
neutral, so they don't feel the electromagnetic force and can
ignore its quantum rules.

Experts say it is a convincing result from an extremely tricky
experiment. "The difficulty of this measurement should not be
underestimated," says Thomas Bowles of Los Alamos National
Laboratory in New Mexico. "In the quantum realm, the
gravitational force is so weak that it is difficult to observe
quantum effects."


Bouncing neutrons

Nesvizhevsky's team took a beam of ultracold neutrons with tiny
energies, moving from left to right at less than eight metres per
second. Under the force of gravity, the neutrons fell down onto a
reflecting mirror and bounced off it before arriving at a detector.

The team could limit the energies of the neutrons arriving at the
detector by placing an absorbing material at different heights
above the mirror. The material mopped up all the neutrons that
bounced too high.

Forgetting quantum mechanics, you would expect neutrons with
any energy to arrive at the detector. But no neutrons appeared
unless the neutron-mop was at least 15 micrometres above the
mirror. This means the neutrons have to have a certain,
minimum energy (equal to 1.41 x 10-12 electronvolts) in the
Earth's gravitational field.


Step up

There were also hints that neutron transmission took little leaps
at different, higher energies, corresponding to higher quantum
levels. However, the team has still to confirm this.

Nesvizhevsky says the technology is exciting because it could
test some other key ideas in physics - for instance, whether or
not the neutron carries some minuscule amount of electric
charge. "If it's there, it's very, very small," says Nesvizhevsky.

It could also put on trial the equivalence principle, a famous
concept of Einstein's. It says that all particles, regardless of
their mass or composition, should fall with the same
acceleration in a uniform gravitational field.

Journal reference: Nature (vol 415, p 297)
 
+
-
edit
 

Lunohod

втянувшийся

Собственно говоря, в этой статье ничего про эффекты квантовой гравитации не говорится. Речь идет просто о влиянии гравитационного поля на квантовый объект.

А до квантовой гравитации нам как до Луны, если быть более точным - как до Черной Дыры.
   

Darth

опытный

Lunohod> Собственно говоря, в этой статье ничего про эффекты квантовой гравитации не говорится. Речь идет просто о влиянии гравитационного поля на квантовый объект.

Вот именно :( А я было обрадовался, думал, народ дискретный характер гравитационного поля обнаружил :)
   
RU <Юрий Кузьмин> #18.01.2002 22:47
+
-
edit
 
Мне результат опыта кажется удивительным.

В ОТО сказано, что гравитация - это искривление пространства. Сейчас мне слабо найти решения уравнения Шредингера для пучка в слабо искривленном пространстве, но по наитию кажется, что спектр должен быть непрерывным. Волны будут "кривоватыми", а спектр непрерывным, поскольку движение неограниченное.

А тут дискретный спектр. Он может получиться из решения уравнения Шредингера в "прямом" пространстве с гравитационной энергией, включённой в потенциал.

То есть, получается, что гравитация - более обыкновенное поле, чем мы думали?

Конечно, всё это пока на уровне трёпа: надо действительно нарисовать два гамильтониана и найти собственнные значения. Будем надеяться, в ближайшие месяцы это сделают.

Аж жаль, что ушёл из физики :(

Спасибо за интересную статью.
 
+
-
edit
 

Lunohod

втянувшийся

Минуточку...

&.К.>В ОТО сказано, что гравитация - это искривление пространства. Сейчас мне слабо найти решения уравнения Шредингера для пучка в слабо искривленном пространстве,

В искривленном пространстве уравнение Ш уже не запишешь - там надо будет методами теорпола действовать: лагранжиан писать, из него находить ТЭИ и т.д. Только все это нужно было в том случае если бы Вы ставили вышеописанный эксперимент в непосредственной близости от Черной Дыры :)

> но по наитию кажется, что спектр должен быть непрерывным. Волны будут "кривоватыми", а спектр непрерывным, поскольку движение неограниченное.

В данном опыте искривление пространства достаточно ничтожно, за то есть такая штука как принцип эквивалентности, благодаря которой в данном случае можно забыть про природу силы действующей на нейтроны и просто считать, что они ускоряются под действием некой абстрактной силы. С учетом зеркала получаем обычную потенциальную яму в форме угла.
Даже никакого намека на квантовые гравитационные эффекты.

&.К.>То есть, получается, что гравитация - более обыкновенное поле, чем мы думали?
Что значит оно более обыкновенное? Оно очень даже не обыкновенное. Единственно из известных взаимодействий, которое никак не хочет нормально квантоваться (я имею в виду в теории).

&.К.>Конечно, всё это пока на уровне трёпа: надо действительно нарисовать два гамильтониана и найти собственнные значения. Будем надеяться, в ближайшие месяцы это сделают.
Зачем два гамильтониана. Тут и одного вполне хватит. И сделать это можно в ближайшие 10 минут :)
   
14.03.2008 19:30, Fakir: +1
+
-
edit
 

k_gornik

втянувшийся

&.К.>Мне результат опыта кажется удивительным.

Ничего удивительного. Примитивная комбинация двух эффектов - волновой природы частиц и однородного поля. В постоянном электрическом поле протоны ведут себя точно так же, только эффект сильнее. Достижением является то, что эффет очень слаб. А в его существовании никто не сомневался.

&.К.>В ОТО сказано, что гравитация - это искривление пространства. Сейчас мне слабо найти решения уравнения Шредингера для пучка в слабо искривленном пространстве, но по наитию кажется, что спектр должен быть непрерывным. Волны будут "кривоватыми", а спектр непрерывным, поскольку движение неограниченное.

Там еще есть поверхность - зеркало, соответственно возникает стоячая волна с узлами. Хотя я тоже не очень хорошо представляю геометрию эксперимента.

&.К.>То есть, получается, что гравитация - более обыкновенное поле, чем мы думали?

В первом приближении, гравитационное поле - это не искривление 3-мерного пространства, а замедление времени. В самом простом случае оно приводит к ньютоновскому закону. А здесь просто к полю постоянной силы и "зеркалу".
   

hcube

старожил
★★
У меня возникла интересная мысль - как раз относительно торсионов.
Предположим, у нас есть два массивных кольца, неограниченной прочности. Мы раскручиваем их сначала в одну сторону, потом в разные. И замеряем силу притяжения между ними. Будет ли она одинаковой в обоих случаях? То есть есть ли этакое магнитогравитационное(торсионное) направленное поле, создаваемое (по аналогии с магнитным) вращающимся гравитационным зарядом? То, что они будут к друг другу притягиваться сильнее, очевидно - раскрутив кольцо, мы тем самым вкачали в него энергию и увеличили его массу. Вопрос в том, будет ли это увеличение одинаковым.
   
+
-
edit
 

Lunohod

втянувшийся

hcube>Предположим, у нас есть два массивных кольца, неограниченной прочности. Мы раскручиваем их сначала в одну сторону, потом в разные. И замеряем силу притяжения между ними.
Товарисчь. Пример сильно раскрученного объекта - атом (для наглядности атом водорода). Сколько всяких экспериментов уже поставлено, только что-то никаких эффектов, связанных с неизвестными взаимодействиями, не наблюдалось - все эффекты обусловлены электромагнитным взаимодействием.

Не нравится этот пример, хочется чтобы еще гравитация поучаствовала - ву аля.
Двойные звездные системы пульсаров - массивней просто не придумаешь. Скорость вращения - ХХХ оборотов в секунду. Момент импульса просто одурительный. Так вот. Никаких сверхестественных проявлений в таких системах также не замечено. Все эффекты (даже достаточно тонкие, типа увеличение частоты обращения) расчитываются с помощью ОТО.

Прошло то время, когда фундаментальные открытия можно было делать у себя дома на заднем дворике в сарае...
   

hcube

старожил
★★
Ну да! Так, двойной пульсар, говоришь... Это двойная нейтронная звезда. Вращение обоих звезд направленно соосно. Тьфу, в смысле - параллельно. Массу мы не знаем - в смысле более менее знаем соотношение масс - по девиации частоты за счет допплеровского эффекта. И с точностью до порядка - массу компонент (типа, от 1.5 до 5 солнечной). И перевернуть звезду мы никак не можем, чтобы она крутилась в обратном направлении. А пульсаров, между прочим, не так уж и много, а уж двойных пульсаров - вообще раз-два, и обчелся... И что можно измерить в таких условиях?
Атом тоже не годится - если бы спин у него формировался вращением, то были бы атомы со спином плавно изменяющимся от плюс до минус бесконечности, в то время как спин квантуется. То есть имеет немеханическую (некинематическую) природу.
В принципе, поскольку Земля тоже крутися, можно померить вес гироскопа на полюсе, с вращеним 'по' и 'против' вращения Земли.
   
+
-
edit
 

Lunohod

втянувшийся

hcube>Ну да! Так, двойной пульсар, говоришь... Это двойная нейтронная звезда. Вращение обоих звезд направленно соосно.
В смысле, что они вращаются в одной плоскости в одну сторону? Ну да. И чем это плохо?

>Массу мы не знаем - в смысле более менее знаем соотношение масс - по девиации частоты за счет допплеровского эффекта. И с точностью до порядка - массу компонент (типа, от 1.5 до 5 солнечной).
Ну, вообще-то, теоретические оценки массы и оценки, производимые по результатам наблюдений, сходятся с точностью до 5%. Так что нельзя сказать, что массу мы вообще не знаем.

>И перевернуть звезду мы никак не можем, чтобы она крутилась в обратном направлении.
Объясните, что занчит в 3хмерном пространстве крутиться в обратном направлении? Так скажем, по отношению к чему в обратном направлении.

>А пульсаров, между прочим, не так уж и много, а уж двойных пульсаров - вообще раз-два, и обчелся... И что можно измерить в таких условиях?
У-у-у!... Сколько всего можно измерить :) Благодаря двойным пульсарам удалось косвеным образом подтвердить предсказания общей теории относительности. Такие штуки (двойные пульсары) представляют собой наиболее массивные динамические системы, и поэтому есть надежда зарегестрировать гравитационные волны, излучаемые этими штуками. Хотя я сомневаюсь, что от них можно будет добиться заметного гр. излучения - для этого двойные звездные системы с Черными Дырами нужны...


hcube>Атом тоже не годится - если бы спин у него формировался вращением, то были бы атомы со спином плавно изменяющимся от плюс до минус бесконечности, в то время как спин квантуется. То есть имеет немеханическую (некинематическую) природу.
Я не про спин атома говорил. Я говорил про орбитальный момент электронов, а это совершенно нормальное вращение (в квантовом его понимании ессно).

hcube>В принципе, поскольку Земля тоже крутися, можно померить вес гироскопа на полюсе, с вращеним 'по' и 'против' вращения Земли.
И Земля крутится, и Солнце, правда медленно, и спутники вокруг планет крутятся. Все вокруг вращается. Даже галактики. Вот, представляю, какой моментище даже у небольшой галактики, типа нашей...

И что Вы хотели этим вращением добиться?
   
+
-
edit
 

k_gornik

втянувшийся

В соответствии с ОТО, гравитационное поле вращающегося объекта отличается от поля покоящегося. Если мы мысленно изменим направление времени (т.е., тело начнет вращаться в обратную сторону), некоторые компоненты метрического тензора изменят знак. Эти компоненты сводятся к трем числам, которые в 3-мерном пространстве образуют вектора. Основной физический эффект - материальные точки рядом с телом не просто притягиваются, а вовлекаются во вращение вокруг тела. Для тел с массой меньшей, чем масса нейтронной звезды или черной дыры физические эффекты очень слабые. А для черной дыры - определяющие, это так называемая эргосфера.
   
+
-
edit
 

=KRoN=
Balancer

администратор
★★★★★

Квантование в гравитационном поле

В.В. Несвижевский (Санкт-Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова) и его коллеги выполнили в Институте Лауэ - Ланжевена (Гренобль, Франция) эксперимент, в котором впервые наблюдались дискретные квантовые состояния частиц в потенциальной яме, создаваемой гравитационным полем. Движение частицы, финитное в классической теории, в квантовой теории квантуется. Примером являются энергетические уровни электрона в поле атомного ядра. В лабораторных условиях гравитационное взаимодействие гораздо слабее других взаимодействий, поэтому для наблюдения дискретных уровней потребовалась уникальная методика, исключающая посторонние влияния. Пучок ультрахолодных нейтронов (со скоростями 8мс-1) направлялся под малым углом к плоскости горизонтального зеркала. Источником нейтронов служил атомный реактор. Параллельно зеркалу помещался поглотитель нейтронов. Нейтроны, пролетевшие в зазоре между зеркалом и поглотителем, регистрировались нейтронным детектором. Зеркало вместе с гравитационным полем создавало потенциальную яму, в которой вертикальная составляющая движения нейтрона должна быть квантованной. Как и предсказывает теория, при увеличении расстояния d между зеркалом и поглотителем наблюдаемый поток нейтронов возрастал не непрерывно, а скачками. Первый скачок потока наблюдался при d=15мкм, что соответствует минимальной энергии нейтрона в потенциальной яме 1.4 10^-12эВ. Получены также указания на наличие следующих скачков. Подобная установка с более мощным пучком нейтронов может быть использована для проверки принципа эквивалентности - равенства тяжелой и инертной массы нейтрона.

// Источник:
Nature 415 297 (2002)

//
   

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru