Нейтроны голосуют за ньютоновский закон гравитации

28.12.2015 Наука и жизнь

Сверхточный нейтронный опыт подтвердил справедливость закона гравитации Ньютона на микроуровне и ограничил вероятные характеристики частиц энергии и тёмной материи.

Закон глобального тяготения, сформулированный Ньютоном во второй половине 80-ых годов XVII века, на данный момент знает любой школьник: «два тела притягиваются друг к другу с силой, которая прямо пропорциональна весам этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними».  Но, иначе, гравитационные силы – это силы громадных тел, а честен ли таковой закон в микромире? Ответ на данный вопрос взяла  интернациональная команда ученых, в составе которой имеется и русские ученые, трудящиеся на данный момент за границей.

Высокопоточный реактор в Университете Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция), создающий нейтроны, применяемые в опыте. Нейтроны между двумя пластинами в гравитационном поле Почвы смогут занимать разные квантовые состояния. Вибрация нижней пластины переводит их из одного состояния в второе, что разрешает совершить очень правильные энергетические измерения.http://www.tuw Нейтронная турбина PF2 в Университете Лауэ-Ланжевена – механическое устройство, замедляющее (охлаждающее) нейтроны тем же методом, как теннисисты замедляют мяч.https://www.ill.eu/news-events/press-room/press-releases/dark-matter-and-string-theory/ Гравитационный резонансный спектрометр в Венском техническом университете.https://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/8740/‹ ›

Нейтроны голосуют за ньютоновский закон гравитации

Полет кинутого камня думается ровным, но это всего лишь иллюзия. Гравитационная энергия квантована, другими словами имеет множество квантовых состояний. Так как она зависит от высоты, то это указывает, что тело может пребывать не на любой высоте, а лишь на определенных уровнях.

Камень при перемещении перескакивает с одного уровня энергии на другой, как будто бы с одной ступени на другую. Но отличие между уровнями мала, и переход происходит так скоро, что траектория думается ровной. Квантование энергии нереально подметить для макроскопических тел, но, применяя ультрахолодные нейтроны, переходы между уровнями энергии возможно заметить и измерить.

Физики, открывшие пара лет тому назад квантование гравитационной энергии у нейтронов, сейчас применяли данный эффект для проверки законов гравитации на микроуровне, на таких масштабах, на которых ранее никто гравитацию не изучал. Результаты размещены в издании Physical Review Letters. Опыты проводили в Университете Лауэ-Ланжевена в Гренобле, Франция.

Для получения нейтронов с квантованными гравитационными энергетическими состояниями ученые применяли способ гравитационной резонансной спектроскопии, в первый раз обрисованный ими в 2011 году. Ядерный реактор создаёт нейтроны, движущиеся со скоростью 2200 метров в секунду. После этого они замедляются до менее 7 метров в секунду, охлаждаются до долей градуса выше безотносительного нуля и направляются между двумя горизонтальными пластинами.

Нейтроны отскакивают от нижней пластины, являющейся идеально ровное зеркало, тогда как верхняя пластина есть поглотителем, что захватывает нейтроны с высокими энергиями, оставляя лишь частицы в нижнем квантовом состоянии. Нейтроны идеально подходят для таковой процедуры, потому, что не имеют заряда. Они «ощущают» лишь гравитацию.

Пьезоэлектрический кристалл заставлял дрожать зеркало, давая нейтронам энергию, дабы достигнуть более большого уровня. Нужный для этого удар зависит от отличия между уровнями энергии, каковые со своей стороны зависят от силы тяжести и от высоты. Измеряя частоту вибрации, физики определяли силу гравитации диапазоне от микрометров до миллиметров с высокой точностью.

По словам экспериментаторов, их результаты имеют в 100 000 раз громадную точность, чем было достигнуто ранее.

В следствии установлено, что в пределах измеряемого точности и диапазона ньютоновский закон обратных квадратов для гравитации честен. Важность этого экспериментального факта содержится не фактически в подтверждении закона – это не смотря на то, что и весьма интересно, но было ожидаемо. Важность опыта в том, что он ставит ограничения на существование дополнительных «экзотических» сил, каковые в соответствии с некоторыми предсказаниями возможно было бы заметить на этих масштабах.

Несложнее говоря, эти силы не были обнаружены, что скажется на развитии теории, к примеру, чёрной энергии, которая несёт ответственность за ускоренное расширение вселенной.

Дело в том, что кое-какие догадки, которые связаны с чёрной энергией, предвещали существование особенной пятой силы, названной «хамелеон» (гипотетическая частица –  носитель чёрной энергии). Такое наименование она взяла за то, что диапазон, в котором она действует, быстро значительно уменьшается для плотных объектов, «маскируя» ее. Это разрешает растолковать, из-за чего мы не видим ее при наблюдениях Нашей системы.

Но для микроскопических нейтронов она должна быть значительной и приводить к отличию существующих энергетических уровней от тех уровней, каковые связаны лишь с гравитацией.

В данном опыте «хамелеон» найден не был. Это не исключает объяснение чёрной энергии на базе теории «хамелеона», но ограничивает предел величины данной силы. Дабы совсем отказаться от данной догадки, нужно расширить точность еще на семь порядков, что воображает весьма непростую задачу.

Результаты опыта ограничили вероятные особенности и кандидата на чёрную материю, которая по современным представлениям образовывает 85 процентов вещества Вселенной, но думается незаметной, не считая случая гравитационного притяжения на космических масштабах. Полагаемые весьма легкими гипотетические частицы аксионы однако должны приводить к отклонению от простого закона глобального тяготения на малых расстояниях. Отсутствие этого результата в данном опыте ограничивает величину сотрудничества.
По данным Nature

Создатель: Алексей Понятов

Источник: www.nkj.ru

Случайные записи:

Закон всемирного тяготения / The law of universal gravitation


Похожие статьи, которые вам понравятся:

  • Закон излучения планка нарушается на нанометровых расстояниях

    Сближение объектов до нанометровых расстояний между ними может интенсифицировать теплообмен между этими объектами. Таковы результаты экспериментов…

  • Факты о гравитации

    Тут, на Земле, мы принимаем гравитацию как должное. Но, сила притяжения, благодаря которой объекты тянутся друг к другу пропорционально собственной массе…

  • Гены против гравитации

    Животные взяли объёмное тело благодаря особому гену, что оказывает помощь тканям и клеткам противостоять силе тяжести. Устройство живых организмов…

  • Нейтронам дали зеленый свет

    В осеннюю пору в Швеции начнется строительство большого общеевропейского исследовательского центра ESS с самым замечательным в мире источником нейтронов….