В нашей Вселенной, доступным для восприятия человеческими органами чувств, признано три пространственных измерения. Тем не менее, ряд научных теорий постулирует существование множества дополнительных измерений, которые остаются за пределами человеческого восприятия, поскольку они проявляются на микроскопическом уровне, где доминируют законы квантовой механики. Недавно коллектив японских исследователей предпринял попытку обнаружить эти дополнительные измерения, последовательно понижая масштаб эксперимента до наноуровня. В рамках данной работы учёные задействовали нейтронный луч для изучения гравитационных взаимодействий с беспрецедентной точностью. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, окружающий нас мир поддерживается четырьмя фундаментальными силами: силами гравитации, электромагнетизмом, слабым и сильным ядерным взаимодействиями.
На текущий момент времени ученым удалось описать почти все эти силы относительно их проявления на макро-уровне и уровне квантовой физики, все, за исключением сил гравитации.
Универсальный закон гравитации Ньютона говорит о том, что сила гравитационного взаимодействия увеличивается при увеличении массы этих объектом и уменьшении расстояния между этими объектами. Этот закон соблюдается вплоть до субмиллиметрового масштаба, который еще можно считать макро-уровнем. Однако, согласно квантовой теории гравитации, этот закон не будет соблюдаться на меньшем масштабе.
Гравитационные силы являются самыми слабыми из всех фундаментальных сил, они возникают за счет так называемых гравитонов, гипотетических частиц, которые считаются носителями сил гравитации. И, согласно некоторым теориям, гравитоны при некоторых условиях имеют тенденцию “сбегать” в дополнительные измерения. А количество этих дополнительных измерений, согласно M-theory (лидирующей современной теории), может достигать 11.
Для того, чтобы выяснить, проявляются ли дополнительные измерения в чрезвычайно маленьком масштабе, японские ученые разработали технологию измерения гравитационных сил на субнаномиллиметровом уровне. Для этого они использовали нейтронный луч с самой сильной интенсивностью на сегодняшний день, который вырабатывается установкой, находящейся в исследовательском центре Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC).
Импульс нейтронов направляется в камеру, заполненную инертным газом, ксеноном или гелием. Специальные датчики следят за временем, которое требуется нейтронам для того, чтобы пройти сквозь камеру. Датчики другого типа измеряют угол рассеивания нейтронов. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, на них не действуют магнитные, электрические поля и электромагнитный “шум” окружающей среды.
Результаты проведенных экспериментов вписываются в теоретические рамки, определенные известными законами физики, что говорит о том, что закон Ньютона соблюдается на уровне меньше 0.1 нанометра. И на этом масштабе на частицы еще не действуют никакие необъяснимые силы, являющиеся результатами влияния гипотетических дополнительных измерений.
Тем не менее, полученные японскими учеными результаты не исключают полностью возможности существования дополнительных измерений, которые могут скрываться на еще меньшем уровне. Исследователи работают сейчас над увеличением чувствительности используемого оборудования, что позволит им переместиться на еще меньший масштаб в своих следующих экспериментах.
