Предложена схема детектора темной энергии

Опубликовано: 21.01.2022

Физики из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Калифорнийского университета в Беркли (США) разработали проект детектора на двух атомных интерферометрах, который можно использовать для прямой регистрации воздействий, связанных с темной энергией, на Земле.

Принято считать, что ускоряющееся расширение Вселенной вызвано присутствием приблизительно равномерно распределенной в пространстве темной энергии плотностью 6,3•10-10 Дж/м3. Эта величина представляется чрезвычайно малой, но нужно учесть, что для электрического поля напряженностью 1 В/м плотность энергии составляет всего 4,4•10-12 Дж/м3, и обнаруживать такие поля мы уже давно научились. Темная энергия отличается лишь тем, что ее нельзя «выключить» и получить контрольное значение, с которым будут сравниваться результаты измерений.

Поскольку у плотности энергии есть некоторый массовый эквивалент, темная энергия должна проявлять себя гравитационно. Конечно, если она распределена по пространству равномерно, никакого воздействия зарегистрировать не удастся, но авторы предлагают рассмотреть такой вариант, в котором ее плотность изменяется на небольших «лабораторных» расстояниях. Никаким опытным данным это предположение не противоречит.

В экспериментальную схему ученые предлагают включить два атомных интерферометра — прибора, которые по принципу действия напоминают обычные оптические интерферометры, но работают с волнами де Бройля. Используя стандартные методики защиты и выбирая такие квантовые состояния атомов, для которых не будут проявляться линейные эффекты Зеемана и Штарка, можно избавиться от нежелательных эффектов электромагнитной природы. Если предположить, что в местах расположения первого и второго интерферометров ускорение свободного падения одинаково, то «обычное» гравитационное воздействие также исключается; тогда ненулевой сигнал на выходе системы будет служить признаком влияния темной энергии.

Чувствительность современных атомных интерферометров, используемых для измерения ускорения силы тяжести, уже давно достигла уровня 10-9•g. По мнению авторов, их система должна достичь уровня 10-17•g (то есть минимальное измеряемое ускорение, вызванное действием темной энергии, будет равно 10-16 м/с2).

Разумеется, успех такого опыта не гарантирован. Во-первых, темная энергия, если она вообще существует, может распределяться равномерно; в этом случае ученые будут пытаться измерить то, чего нет. Во-вторых, она может воздействовать на атомы с некой неизвестной силой, на фоне которой гравитационное воздействие зарегистрировать не удастся. Впрочем, такие результаты вряд ли расстроят исследователей.