Результаты эксперимента, опубликованного в выпуске журнала Science на этой неделе, сужают поиск хамелеонов в тысячу раз по сравнению с предыдущими тестами, и Мюллер, доцент кафедры физики, надеется, что его следующий эксперимент покажет хамелеонов или подобные сверхлегкие частицы как настоящие. темная энергия, или доказать, что они все-таки были блуждающими огоньками.Темная энергия была впервые обнаружена в 1998 году, когда ученые заметили, что Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью, по-видимому, раздвигая невидимым давлением, пронизывающим все пространство и составляющим около 68 процентов энергии космоса. Несколько ученых Калифорнийского университета в Беркли были членами двух команд, сделавших это открытие, получившее Нобелевскую премию, и физик Сол Перлмуттер разделил эту премию.С тех пор теоретики предложили множество теорий, объясняющих все еще загадочную энергию.
Это могло быть просто вплетено в ткань Вселенной, космологическая постоянная, которую Альберт Эйнштейн предложил в уравнениях общей теории относительности, а затем отверг. Или это может быть квинтэссенция, представленная любым количеством гипотетических частиц, включая потомство бозона Хиггса.В 2004 году теоретик и соавтор Джастин Хури из Пенсильванского университета предложил одну возможную причину, по которой частицы темной энергии не были обнаружены: они скрываются от нас.
В частности, Хури предположил, что частицы темной энергии, которые он назвал хамелеонами, различаются по массе в зависимости от плотности окружающей материи.В пустоте космоса хамелеоны имели бы небольшую массу и применяли бы силу на больших расстояниях, способную раздвигать пространство. В лаборатории, однако, с материей вокруг, они будут иметь большую массу и чрезвычайно малую дальность действия.
В физике малая масса подразумевает силу дальнего действия, а большая масса означает силу ближнего действия.Это было бы одним из способов объяснить, почему энергию, доминирующую во Вселенной, трудно обнаружить в лаборатории.«Поле хамелеона легкое в пустом пространстве, но как только оно входит в объект, оно становится очень тяжелым и поэтому соединяется только с самым внешним слоем большого объекта, а не с внутренними частями», — сказал Мюллер, который также является преподавателем. ученый из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. «Он потянет только на крайний нанометр».Снятие камуфляжа
Когда научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли Пол Гамильтон прочитал в августе прошлого года статью теоретика Клэр Беррейдж, в которой описывался способ обнаружения такой частицы, он подозревал, что атомный интерферометр, который он и Мюллер построили в Калифорнийском университете в Беркли, сможет обнаруживать хамелеонов, если они существуют. . Мюллер и его команда построили одни из самых чувствительных детекторов сил в любом месте, используя их для поиска небольших гравитационных аномалий, которые указывали бы на проблему с общей теорией относительности Эйнштейна. Хотя наиболее чувствительные из них физически слишком велики, чтобы ощущать ближнюю силу хамелеонов, команда сразу поняла, что один из их менее чувствительных атомных интерферометров был бы идеальным.Беррейдж предложил измерять притяжение, вызванное полем хамелеона между атомом и большей массой, вместо притяжения между двумя большими массами, которое подавляло бы поле хамелеона до такой степени, что его нельзя было бы обнаружить.Именно так поступили Гамильтон, Мюллер и его команда.
Они сбросили атомы цезия над алюминиевой сферой диаметром в дюйм и использовали чувствительные лазеры для измерения сил, действующих на атомы, когда они находились в свободном падении в течение примерно 10-20 миллисекунд. Они не обнаружили никакой другой силы, кроме земной гравитации, что исключает индуцированные хамелеоном силы в миллион раз слабее гравитации.
Это исключает большой диапазон возможных энергий частицы.А как насчет симронов?
Эксперименты в ЦЕРНе в Женеве и Национальной ускорительной лаборатории Ферми в Иллинойсе, а также другие тесты с использованием нейтронных интерферометров также ищут доказательства существования хамелеонов, но пока безуспешно. Мюллер и его команда в настоящее время совершенствуют свой эксперимент, чтобы исключить все возможные энергии частиц или, в лучшем случае, обнаружить доказательства того, что хамелеоны действительно существуют.«Хольгер исключил хамелеонов, которые взаимодействуют с нормальной материей сильнее, чем гравитация, но теперь он продвигает свой эксперимент в области, где хамелеоны взаимодействуют в том же масштабе, что и гравитация, где они с большей вероятностью существуют», — сказал Хури.Их эксперименты могут также помочь сузить поиск других гипотетических экранированных полей темной энергии, таких как симроны и формы модифицированной гравитации, такие как так называемая f (R) гравитация.
«В худшем случае мы узнаем больше о том, чем не является темная энергия. Надеюсь, это даст нам лучшее представление о том, что это может быть», — сказал Мюллер. «Однажды кому-нибудь повезет, и он его найдет».Работа финансировалась Фондом Дэвида и Люсиль Паккард, Национальным научным фондом и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства.
Соавторами Мюллера, Гамильтона и Хури являются аспиранты Калифорнийского университета в Беркли по физике Мэтт Джаффе и Куинн Симмонс и научный сотрудник Филипп Хаслингер.