Учёные сделали шаг к решению одной из самых сложных задач современной физики — объединения законов общей теории относительности и квантовой механики. Возможный мост между ними — квантовая гравитация — десятилетиями остаётся гипотетической. Новые данные от подводного детектора частиц KM3NeT/ORCA, расположенного на глубине 2450 метров у побережья Франции, сужают поле поиска, исключая целый класс теоретических моделей.

Эксперимент сосредоточен на нейтрино — частицах, которые пронизывают Землю и всё вокруг триллионами каждую секунду, практически не взаимодействуя с материей. Лишь изредка они сталкиваются с атомами, например, в воде, порождая вспышки (черенковское излучение). Эти «следы» улавливают фотонные датчики KM3NeT — сети из сотен сфер с чувствительностью, достаточной для фиксации единичных фотонов. Но главная цель не сами нейтрино, а их свойство меняться во время движения — осцилляции.

Визуализация смоделированного события в детекторе KM3NeT/ORCA. Иллюстрация: CC BY-NC 4.0 / KM3NeT

Ближайшей аналогией может быть сигнал Wi-Fi, который самопроизвольно превращается в Bluetooth, а затем обратно, сохраняя информацию. Так «меняются» нейтрино, существуя в трёх формах одновременно благодаря квантовой суперпозиции. Однако, если гравитация обладает квантовыми свойствами, то она может нарушать эту гармонию, внося хаос в осцилляции — эффект декогеренции. Это похоже на помехи, вызванные неизвестным источником. Обнаружение таких помех стало бы первым прямым свидетельством квантовой гравитации.

Анализ данных ORCA, проведённый международной коллаборацией, показал: нейтрино сохраняют чёткие паттерны осцилляций. Это исключает влияние квантовой гравитации в пределах чувствительности детектора. «Установленные нами ограничения в 50 раз строже предыдущих измерений, — подчёркивает член коллаборации Нади Лессинг. — Если эффект есть, то он слишком слаб для современных инструментов, как первые микроскопы не могли увидеть вирусы».

Результат важен не только отрицательным выводом. Он задаёт технологический вызов, аналогичный переходу от базовых камер смартфонов к системам LiDAR в беспилотниках: следующий шаг — детекторы с высочайшей точностью, способные уловить даже микровоздействия пространства-времени. Уже известно, что нейтрино — не просто «призраки», а уникальные зонды для изучения фундаментальных законов.

«Декогеренция нейтрино была бы прорывом, — говорит Лессинг. — Но даже её отсутствие двигает науку, заставляя теории искать следы в новых областях». Эксперимент KM3NeT — часть глобального тренда, где технологии для астрофизики (вроде антарктического IceCube) становятся инструментами квантовых исследований. Возможно, детекторы следующих поколений помогут совершить революцию, сравнимую с открытием бозона Хиггса, — но уже на стыке гравитации и квантового мира.

Подробнее на iXBT