Сверхточные эксперименты позволили оценить гравитацию на дистанциях менее 50 микрометров и не обнаружили никаких следов свернутых измерений Вселенной.
Как известно еще со времен Ньютона, сила притяжения между массивными телами ослабевает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Такая зависимость вытекает непосредственно из геометрии трехмерного пространства. Вместе с тем многие современные космологические теории предполагают, что у нашей Вселенной их куда больше, только эти «дополнительные измерения» свернуты, компактифицированы и проявляют себя лишь на крайне малых масштабах.
Однако если свернутые измерения действительно существуют, то и сила гравитации должна меняться не в строгом согласии с обратной квадратичной зависимостью. На космических — да и просто на наших «бытовых» — масштабах этого не заметить. Чтобы обнаружить «утекание» части гравитационной энергии в дополнительные измерения, приходится ставить сверхточные опыты в строго контролируемых лабораторных условиях.
Такую работу провела команда профессора Вашингтонского университета, крупного специалиста по экспериментальным исследованиям гравитации Эрика Эдельбергера (Eric Adelberger). Их статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Чтобы измерить притяжение с нужной точностью, ученые следили за вращением быстро раскрученного диска («детектора»), на который воздействует периодически меняющаяся сила гравитации.
Эту силу создавал еще один диск («аттрактор»), вращавшийся рядом с ним в той же плоскости. На них нанесли бороздки, которые при вращении с определенными скоростями регулярно совпадали друг с другом, и диски оказывались то слегка ближе, то чуть дальше друг от друга. Периодические изменения в силе притяжения можно было точно зарегистрировать по ее влиянию на вращение «детектора».
Экспериментальная установка с вращающимися дисками — «детектором» и «аттрактором» / ©Lee et al., 2020
Экспериментальная установка совершенствовалась несколько лет. В новой версии ученые ввели дополнительную стабилизацию от посторонних вибраций. Кроме того, систему укрыли электростатическим «щитом», который экранирует ее от воздействий внешних электромагнитных полей, способных повлиять на поведение дисков и исказить данные измерений. Наконец, геометрия бороздок была выбрана таким образом, чтобы проводить измерения в трех режимах вращения и избавиться от возможных систематических ошибок.
Такая работа позволила точно зарегистрировать гравитацию на дистанции менее 50 микрометров — и не обнаружить никаких признаков свернутых измерений. На этом масштабе гравитация меняется в том же строгом согласии с законом обратных квадратов, что и при изучении небесных тел. Физикам предстоит идти дальше — к более микроскопическим расстояниям и точным наблюдениям.