Natuurkundigen hebben een manier voorgesteld om kwantumzwaartekracht te testen die, in principe, kan worden uitgevoerd door een op laser gebaseerde, table-top experiment met behulp van de momenteel beschikbare technologie. Hoewel een theorie van kwantumzwaartekracht een van de grootste uitdagingen in de moderne natuurkunde zou overwinnen door de algemene relativiteitstheorie en kwantummechanica te verenigen, momenteel hebben natuurkundigen geen manier om voorgestelde theorieën over kwantumzwaartekracht te testen.

Nu een team van zeven natuurkundigen uit verschillende landen, S. Dey, A.Bhat, D. Momeni, M. Faizal, A.F. Ali, T.K. Dey, en A. Rehman, hebben een nieuwe manier bedacht om kwantumzwaartekracht experimenteel te testen met behulp van een op laser gebaseerd experiment. Ze hebben een paper gepubliceerd over hun voorgestelde test in een recent nummer van: Kernfysica B .

Een reden waarom het testen van kwantumzwaartekracht zo uitdagend is, is dat de effecten ervan alleen optreden op schalen met zeer hoge energie en de bijbehorende kleine lengteschalen. Deze extreme schalen, die zeer dicht bij de Planck-schaal liggen, zijn ongeveer 15 ordes van grootte groter dan die toegankelijk zijn door de Large Hadron Collider (LHC), verreweg het meest energierijke experiment ter wereld.

Om deze uitdagingen aan te gaan, de natuurkundigen namen een heel andere benadering om energieën en lengtes op Planck-schaal te bereiken, dat is door de effecten te meten van een eigenschap die niet-commutativiteit wordt genoemd.

Veel voorgestelde theorieën over kwantumzwaartekracht, inclusief lus kwantumzwaartekracht en snaartheorie, zijn niet-commutatieve theorieën, waarin ruimtetijdgeometrie niet-commutatief is. In dit kader is bepaalde parameters hebben niet-commutatieve relaties, een concept dat nauw verwant is aan het idee van complementaire variabelen in het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Een van de gevolgen van een niet-commutatieve ruimtetijd is dat er geen singulariteiten zijn, die gevolgen heeft voor andere gebieden van de kosmologie, zoals de oerknal en zwarte gaten.

Met hun voorgestelde test, het doel van de natuurkundigen is om experimenteel bewijs te vinden dat het idee ondersteunt dat ruimtetijd inderdaad een niet-commutatieve structuur heeft. Om dit te doen, de voorgestelde test probeert eventuele veranderingen in de conventionele commutatieve relaties die optreden in een micromechanische oscillator te detecteren. Als deze wijzigingen aanwezig zijn, ze zouden een niet-commutatieve structuur aangeven en een meetbare optische faseverschuiving produceren op een lichtpuls die is gekoppeld aan de oscillator.

Met behulp van de huidige optische instellingen, deze faseverschuiving kan worden gemeten met voldoende hoge niveaus van nauwkeurigheid dat, volgens de berekeningen van de natuurkundigen, zou het mogelijk maken om toegang te krijgen tot de energieschaal in de buurt van de Planck-lengte. Door toegang te krijgen tot deze schaal, het experiment zou mogelijk de effecten van niet-commutatieve theorieën kunnen onderzoeken op het energieregime dat relevant is voor kwantumzwaartekracht.

"We verwachten dat de geometrie van ruimtetijd een opkomende structuur is, die voortkomt uit een zuiver wiskundige theorie van kwantumzwaartekracht, " co-auteur Mir Faizal, een professor aan de Universiteit van British Columbia-Okanagan en de Universiteit van Lethbridge, Canada, vertelde Phys.org . "Dit is vergelijkbaar met de geometrie van een metalen staaf die voortkomt uit de atoomfysica. Verschillende benaderingen van kwantumzwaartekracht hebben gesuggereerd dat deze structuur die ten grondslag ligt aan de geometrie van ruimtetijd kan worden weergegeven door niet-commutatieve geometrie. Dus, we hebben een manier voorgesteld om dit idee te testen met behulp van een opto-mechanisch experiment. Het voordeel van een dergelijke structuur is dat, in het, de ruimtetijd zal vrij zijn van singulariteiten, inclusief de oerknal-singulariteit."

© 2017 Fys.org