Mokslininkai iš Nyderlandų ir Prancūzijos sukūrė itin jautrų jėgos jutiklį, leisiantį į naują lygį pakelti laboratorinį „chameleoniškos“ tamsiosios energijos prigimties hipotezės patikrinimą. Jų straipsnis, publikuotas žurnale „Physical Review D“ ir patalpintas į elektroninį archyvą, aprašo jutiklio parametrus ir potencialias eksperimento galimybes.
Mokslininkai iš Nyderlandų ir Prancūzijos sukūrė itin jautrų jėgos jutiklį, leisiantį į naują lygį pakelti laboratorinį „chameleoniškos“ tamsiosios energijos prigimties hipotezės patikrinimą.
Superjautraus spiralinio pikoniutoninių jėgų jutiklio lankas / ©Cannex
Jų straipsnis, publikuotas žurnale „Physical Review D“ ir patalpintas į elektroninį archyvą, aprašo jutiklio parametrus ir potencialias eksperimento galimybes.
Vienas iš svarbių šiuolaikinės fizikos pasaulio vaizdo bruožų – visiškai skirtingu masteliu vykstančių reiškinių ryšys. Tamsioji materija ir tamsioj energija, valdančios mūsų visatą galaktiniu masteliu, pasirodo susijusios su mikropasaulio sandara pačiais mažiausiai atstumais. O šį ryšį tikrinti, pasirodo, galima ir superjautriais laboratoriniais prietaisais, kurių matmenys daugybe dydžio eilių atsilieka ir nuo elementariųjų dalelių pasaulio ir nuo galaktinių mastelių.
Viena iš tokių tyrimų krypčių – naujų sąveikos tarp makroskopinių objektų būdų. Tai hipotetinės jėgos, negali būti priskiriamos nei elektromagnetinei sąveikai, nei gravitacijai, nei, savaime suprantama, silpnajai ir stipriajai sąveikai, kurios veikia tik atomų branduolių masteliu, – o yra kažkas visiškai naujo. Jei tokia „penktoji jėga“ bus aptikta eksperimentiškai, tai taps išties revoliuciniu atradimu. Daugybė Niutono visuotinės traukos dėsnio patikrinimo eksperimentų, kuriais tikimasi atrasti submilimetrinius nuokrypius – būtent iš šios serijos.
„Penktosios jėgos“ gali būti susijusios su mikropasauliu ar atvirkščiai, su Visatos evoliucija. Pavyzdžiui, 2004 metais buvo pasiūlyta vadinamojo „chameleoninio lauko“ teorija. Chameleoniniu jis vadinamas, nes jo savybės nelyginant mutuoja, priklausomai nuo materialios aplinkos, nuo to, kokioje būtent aplinkoje mes jį tiriame. Vakuume šis laukas kuria toliasiekes jėgas; konkrečiau, būtent jis gali būti tamsioji energija greitėjančio Visatos plėtimosi priežastis. Tačiau tankioje aplinkoje jo poveikio spindulys gali sutrumpėti iki milimetrų ar mažiau (nuodugniau apie tai galima paskaityti nesenoje Justino Khoury'io apžvalgoje .
Išeina, kad jėga, sukelta chameleoniškojo lauko tarp dviejų kūnų veikimo, panaši iškreiptą gravitacijos versiją. Vakuume ji praktiškai neatskiriama nuo tikros gravitacijos, bet jei erdvė tarp kūnų užpildyta medžiaga, ji silpnėja. Visi įprasti laboratoriniai Niutono visuotinės traukos dėsnio patikrinimo eksperimentai vykdomi vakuume, ir šios teorijos patikrinimui netinka. Tam reikėtų kūnus laikyti dujinėje aplinkoje, bet įprastiniai įrenginiai, panašūs į torsionines svarstykles tokiomis sąlygomis veikti negali.
Spiralinio jutiklio schema
Šiam tikslui jau keletą metų kuriamas Cannex eksperimentas. Pagrindiniu įrenginiu elementu bus neseniai sukurtas superjautrus mechaninis jutiklis; jis ir buvo aprašytas neseniai publikuotame straipsnyje. Jutiklis yra plona spiralinė struktūra, lazeriu išpjauta iš silicio plokštelės. Ši spiralė laiko viduryje esantį centrinį, maždaug centimetro dydžio plotelį. Už jutiklio yra įtvirtinta metalinė plokštelė, drauge su centriniu ploteliu sudaranti kondensatorių. Centrinį plotelį veikianti jėga išstumia jį iš membranos plokštumos ir šiek tiek pakeičia kondensatoriaus talpą, o ši išmatuojama labai dideliu tikslumu.
Gautas pakabukas pasirodė toks jautrus, kad juo galima aptikti vos 0,1 pikoniutono jėgą. Palyginimui, ant svarstyklių lėkštės gulinti smiltelė spaudžia jas dešimtis milijonų kartų stipriau. Tada pati plokštelė iš membranos plokštumos pasislenka vos per 1 pm, tai yra, šimtus kartų mažiau už atomo skersmenį. Tačiau netgi tokį nežymų poslinkį jutiklis fiksuoja.
Chameleoninės teorijos sritys parametrų plokštumoje. Pilkos sritys atmestos ankstesniais eksperimentais; mėlynos – tai, ką gali uždengti Cannex eksperimentas.
Autoriai tikisi, kad matuojant tarpusavio sąveiką tarp dviejų 1 cm² plokštelių dešimties mikronų atstumu, jutiklis galės smarkiai, keliomis dydžio eilėmis pagerinti dabartinius chameleoniškos sąveikos jėgos eksperimentinio matavimo apribojimus. Beje, egzistuojantys apribojimai buvo gauti prieš metus, ultrašaltais neutronais, kas yra dar vienas mikropasaulio, laboratorinių eksperimentų ir visatos dydžio mastelių ryšio pavyzdys. Įdomu, kad, kitaip, nei kitų hipotetinių jėgų atveju, chameleoniškasis laukas neali būti bet kiek silpnas, juk pagal teoriją jis atsako už tamsiąją energiją. Todėl randasi šansas ateityje visiškai patikrinti, t. y. patvirtinti arba visiškai atmesti – šį modelį. Be to, naujasis nauju jutikliu bus galima atlikti ir kitus superjautrius matavimus, – nuo Casimiro efekto dideliais atstumais iki seismometrijos, – kurių ankstesniais įrenginiais atlikti nėjo.
