Квантовая гравитация в последние годы стала модной темой.
Теоретики, один за другим, предлагают сногсшибательные
идеи по поводу того, что же такое гравитация, что такое
пространство-время и в мире скольки размерностей мы живем.
И надо сказать, что простор для теоретизирования здесь
достаточно широк. Поскольку экспериментальных данных,
относящихся к гравитации в микромире, практически нет,
теоретики -- для которых разрешено все, что не запрещено --
изучают буквально все, что может только придти в голову.
Но и экспериментаторы не лыком шиты:
все чаще и чаще они изыскивают возможность проверить ту или иную
конструкцию экзотической гравитации в эксперименте.
Дополнительные пространственные измерения, микроскопические
черные дыры -- все это
будет изучено на коллайдерах нового поколения,
прежде всего на LHC. Правда, не ранее, чем через 5 лет.
А что экспериментаторы могут сделать уже сейчас?
Не так мало. Оказывается, уже сейчас идет наступление
на область микромира со стороны миллиметровых
и микрометровых расстояний.
Так, например, ключевым опытом, могущим закрыть множество
экзотических теоретических моделей, является проверка закона
Ньютона на малых расстояниях. Как мы писали в заметке
"Проверка
закона всемирного тяготения на субмиллиметровых расстояниях",
сейчас закон Ньютона (закон обратных квадратов для зависимости силы
всемирного тяготения от расстояния) подтвержден с хорошей точностью
вплоть до расстояний порядка 200 микрон.
А можно ли спуститься
еще глубже по шкале расстояний?
Оказывается, да. В недавней статье [1] авторы показали, что
используя такую же экспериментальную установку с крутильным маятником, можно получить
новые, более строгие ограничения на силу гравитационных взаимодействий
на расстояниях вплоть до 20 микрон! Правда, здесь уже речь идет не о слабеньких
поправках к закону гравитации Ньютона, а об ограничении на принципиально новые,
заведомо сильные источники гравитации.
Ограничения, найденные авторами в этой работе, можно сформулировать таким образом:
Казалось бы, несколько странное заявление. Разве это и так не очевидно? Разве это не следует
из отрицательных результатов поиска гравитационных аномалий на масштабе в сотни микрон?
Неужели может существовать какой-либо механизм аномальной гравитации,
который был бы очень сильным на 10-микронном
масштабе, и при этом избежал бы детектирования на 200-микронных расстояниях?
Да, может! Дело в том, что во многих теориях закон всемирного тяготения
модифицируется с помощью добавки экспоненциально убывающего слагаемого:
В этой формуле две новых константы: альфа и лямбда.
И если теперь принять, что альфа порядка 106, а лямбда составляет 5 микрон,
то на 20 микронном расстоянии такое взаимодействие будет еще очень сильным,
а на 200 микронах от него уже ничего не останется.
Таким образом, те ограничения, которые нашли авторы этой работы, можно
изобразить на плоскости (альфа, лямбда) в виде разрешенных и запрещнных
экспериментом областей.
Такой график показан на Рис.1. Здесь светлые закрашенные области --
это те значения (альфа, лямбда), которые были запрещены в предыдущих экспериментах.
Темная область -- это тот "кусок пирога", который откусил у Природы
описываемый эксперимент.
На этом же Рисунке приведены некоторые предсказания различных экзотических
теорий гравитации. Так, например, отрезки, обозначенные как "Moduli",
отвечают целому набору теоретических конструкций со скалярным гравитационно-образным
взаимодействием. Видно, что данный эксперимент вторгся глубоко в область предсказаний
этих теорий -- и не нашел при этом никаких заметных эффектов.
Значит ли это, что такие теории должны быть закрыты?
Авторы считают, что вскоре можно будет однозначно ответить на этот вопрос:
достаточно лишь подавить на один порядок шумы в их эксперименте.
[1] J. Chiaverini, S. J. Smullin, A. A. Geraci, D. M. Weld, and A. Kapitulnik,
"New experimental constraints on non-Newtonian forces below 100 micrometers",
hep-ph/0209325.
даже если в микромире существуют новые механизмы гравитации, то
на расстояниях поряка 20 микрон они не могут превышать обычный закон всемирного тяготения
более, чем в 10 тысяч раз.
Рис.1. Плоскость параметров аномальных гравитационных
взаимодействий (альфа, лямбда). Запрещенные экспериментом области закрашены.
Темным цветом показана область, запрещенная экспериментом [1].