Физики нашли новые границы для неизвестной силы природы

Физики нащупали границы для «пятой силы». И это не просто очередная гипотеза. Итальянские ученые из Национального института астрофизики (INAF) сделали то, что обычно остается за кадром громких заголовков: они не нашли новую силу, а строго математически доказали, какой она не может быть. Это важнее, чем кажется.

Речь идет о знаменитой «пятой силе» — гипотетическом фундаментальном взаимодействии, которое должно объяснить темную материю, темную энергию и прочие «темные» углы современной физики. Гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия — это база. Пятая сила — это попытка закрыть дыры в Стандартной модели. Но, как показали расчеты, даже если она существует, она подчиняется жестким правилам игры.

В чем суть: гравитация — не дура, она стабилизируется

Ключ к пониманию — модель асимптотической безопасности. Звучит сложно, но суть проста. Представьте, что вы сжимаете пружину. Чем сильнее давите, тем она сопротивляется. В квантовой физике с гравитацией на сверхвысоких энергиях происходит нечто похожее: вместо того, чтобы уйти в бесконечность (как предсказывают старые теории), она «застывает» на определенной величине. Гравитация становится постоянной, как сильное ядерное взаимодействие, которое при высоких энергиях, наоборот, ослабевает. Это и есть асимптотическая безопасность — способ природы не дать гравитации сойти с ума.

И вот тут самое интересное. Ученые применили эту модель к пятой силе. И оказалось, что ее параметры — дальность действия и интенсивность — не могут быть произвольными. Целый диапазон значений отсекается самой теорией. То есть, пятая сила опровергается не экспериментами, а фундаментальной логикой квантовой гравитации. Это как если бы архитектор сказал: «Колонна такой толщины не выдержит крышу, даже не стройте».

Как это проявляется? Отклонение от Ньютона

Если бы пятая сила существовала, она бы выглядела как микроскопическая трещина в законе всемирного тяготения. На малых расстояниях (миллиметры и меньше) гравитация вела бы себя не по формуле Ньютона (сила обратно пропорциональна квадрату расстояния), а с небольшим «довеском». Появился бы дополнительный член, который слегка менял бы притяжение объектов.

Личное наблюдение автора: недавно я заметил, что в популярной физике любят пугать «провалами в другие измерения» или «нарушением законов физики». На деле, если пятая сила и есть, то это будет настолько крошечное отклонение, что его нужно ловить не коллайдерами, а ювелирными методами. Речь идет об эффектах на уровне 10⁻⁶ от обычной гравитации.

Где искать? Три технологии-охотника

Современная наука уже готова к такой охоте. Вот три инструмента, которые могут засечь «пятую силу»:

• Атомная интерферометрия. Ловит разницу в ускорении атомов. Если пятая сила существует, атомы разной массы (например, литий и бериллий) будут падать с разной скоростью. Да, гравитация универсальна, но пятая сила — нет.
• Квантовые датчики. Сверхчувствительные устройства, которые регистрируют малейшие изменения в гравитационном поле. Работают на эффекте квантовой запутанности.
• Лазерная локация Луны. Да, та самая, с уголковыми отражателями, оставленными астронавтами. Если пятая сила меняет орбиту Луны на микрометры, лазерный луч это заметит.

Ни одно из этих измерений пока не дало однозначного результата. Но работа итальянцев сужает круг поиска. Теперь экспериментаторы знают, какие параметры не имеют смысла проверять — они запрещены теорией.

Резюме от автора

Исследование INAF — это не «сенсация», а хорошая, качественная работа, которая ставит забор вокруг гипотезы. Пятая сила не умерла, но ее «ареал обитания» стал намного меньше. Физика движется не только открытиями, но и ограничениями. Иногда сказать «нет» — это даже важнее, чем сказать «да». Особенно когда речь идет о фундаменте мироздания.