FoodPro Preloader

Single Photon kunne oppdage kvant-skala svart hull


Av Ron Cowen Plassen er ikke jevn: fysikere tror at det på kvanteskala er det sammensatt av uendelige underenheter, som prikkene som utgjør et punktillistisk maleri. Dette pixellerte landskapet antas å seethe med svarte hull mindre enn en trillionth av en trillionth av diameteren av et hydrogenatom, som kontinuerlig popper inn og ut av eksistensen. D

Av Ron Cowen

Plassen er ikke jevn: fysikere tror at det på kvanteskala er det sammensatt av uendelige underenheter, som prikkene som utgjør et punktillistisk maleri. Dette pixellerte landskapet antas å seethe med svarte hull mindre enn en trillionth av en trillionth av diameteren av et hydrogenatom, som kontinuerlig popper inn og ut av eksistensen.

Den tumultuøse vista ble foreslått for flere tiår siden av teoretikere som sliter med å gifte seg med kvantteori med Einsteins tyngdekraft - den eneste av naturens fire grunnleggende krefter, ikke å være innlemmet i standardmodellen for partikkelfysikk. Hvis det er sant, kunne ideen gi en dypere forståelse av romtid og universets fødsel.

Forskere har forsøkt å bruke Large Hadron Collider, gravitasjonsbølge detektorer og observasjoner av fjerne kosmiske eksplosjoner for å avgjøre om rom er virkelig kornig, men resultatene har hittil vært ufullstendige. Nå har Jacob Bekenstein, en teoretisk fysiker ved den hebraiske universitetet i Jerusalem, foreslått et enkelt bordplakseksperiment for å finne ut, ved hjelp av lett tilgjengelig utstyr.

Som i tidligere eksperimenter er Bekensteins oppsett designet for å undersøke problemet på skalaen 1, 6 x 1035 meter. Denne "Planck-lengden" antas å markere skalaen der makroskopisk begrepet avstand ikke lenger har mening og kvantumfluktuasjoner begynner å forårsake romtid til å ligne et skumrende hav.

Ingen instrument kan direkte måle en forskyvning så liten som 1035 meter. I stedet foreslår Bekenstein å skyte en enkelt partikkel av lys, eller foton, gjennom en gjennomsiktig blokk, og indirekte måle den minimale avstanden som blokken beveger seg som følge av fotonens momentum.

Lys og masse

Bølgelengden til fotonen og blokkens masse og størrelse er nøye valgt slik at momentet bare er stort nok til å flytte blokkens massesenter med en Planck-lengde. Hvis romtid ikke er kornet på denne skalaen, vil hver foton passere gjennom blokken og bli registrert av en detektor på den andre siden. Men hvis romtid er kornet, er fotonet betydelig mindre sannsynlig å gjøre det hele veien gjennom blokken. "Jeg hevder at konsekvensen av den krysset - oversettelsen av blokken med en Planck lengde eller så - er noe naturen ikke vil, " sier Bekenstein.

Hvis kvantesvingninger i lengden er viktige på Planck-skalaen, vil et sjø av svarte hull, hver med en Planck-skala radius, lett formes. Alt som faller inn i et av de svarte hullene, vil ikke kunne rømme før hullet forsvinner. Så hvis midtpunktet på den bevegelige blokken faller inn i en av hullene, vil blokkens bevegelse bli hindret (fotonene er mye større enn planklengden, og det blir ikke plaget av de små hullene i miniatyret).

Bevaring av momentum i forsøksoppsettet krever at fotonen ikke kan gjøre det gjennom blokken hvis blokken ikke beveger seg med en Planck-lengde. Så hvis færre fotoner enn forventet settes av detektoren, vil det indikere at blokkens bevegelse har blitt hindret av svarte hull, og at romtid viser kvantefunksjoner på Planck-skalaen.

Bekensteins design er enkelt, slik at eksperimentet enkelt kan utføres ved bruk av etablerte metoder for generering og oppdagelse av enkeltfotoner, sier Igor Pikovski, en kvantefysiker ved Wiens senter for kvantumvitenskap og teknologi. Likevel legger han til, at "å skille mellom mulige kvantitativvirkninger fra andre effekter vil være svært utfordrende".

Tidligere i år publiserte Pikovski og hans kollegaer en annen ordning for å undersøke graden av romtid i laboratoriet ved hjelp av optiske impulser og og prinsippene for kvantteori for å drive et system fra en innledende konfigurasjon til ønsket sluttstilling. "Sannheten er at vi ikke vet på hvilken nøyaktig skala kvantum tyngdekraft vil spille en viktig rolle, " sier Pikovski. "Det er god plass til granularitet på mye større lengder [enn Planck lengden] og vi har ikke en full teori som kan fortelle oss svaret." Eksperimenter som Bekenstein eller hans eget kan gi noen av de første bevisene for et svar, legger han til.

Denne historien skrives ut med tillatelse fra Nature magazine. Det var først publisert den 22. november 2012.

Siste nytt

Luftpistoler brukt i offshore oljeutforskning kan drepe liten marine livRotte Studie Gnister Furor Over Genetically Modified FoodsHar det opprinnelige FN-klimamålet blitt glemt?En smut over: Usunn sot i luften kan også fremme global oppvarmingPine Bark Beetles klar for nye angrep på Canadas Boreal ForestsLøpet er på å beskytte millioner av mennesker fra flomDatamaskiner ville aldri ha funnet "Alien Superstructure" Star - det er nødvendig borgervitenskapGene-Modified Tomater Churn Out Sunn Næringsstoffer