Một hiệu ứng kỳ lạ trong vật lý hạt, được cho là xảy ra trong các trường hấp dẫn to lớn - gần một lỗ đen, hoặc trong điều kiện ngay sau Vụ nổ lớn - đã được nhìn thấy trong phòng thí nghiệm.
Các nhà khoa học sử dụng tinh thể trong phòng thí nghiệm để xem độ cong không thời gian ảnh hưởng đến các hạt hạ nguyên tử được gọi là fermion Weyl. Hình ảnh của Robert Strasser, Kees Scherer, ảnh ghép của Michael Buker qua thiên nhiên.
Nhà vật lý học Julian Gooth và nhóm của ông từ IBM Research tại Zurich, Thụy Sĩ, tuyên bố đã quan sát thấy một hiệu ứng được gọi là dị thường hấp dẫn axial trong một tinh thể. Hiệu ứng này được dự đoán bởi Thuyết tương đối rộng Einstein Einstein, mô tả lực hấp dẫn là không thời gian cong. Hiệu quả phòng thí nghiệm mới được quan sát được cho là thì, là, bị, ở chỉ có thể quan sát được trong điều kiện trọng lực to lớn - ví dụ, gần một lỗ đen, hoặc ngay sau Vụ nổ lớn. Tuy nhiên, nó đã được nhìn thấy trong phòng thí nghiệm. Các nhà khoa học đã công bố công trình của họ trên tạp chí đánh giá ngang hàng Thiên nhiên vào ngày 20 tháng 7 năm 2017.
Một dị thường hấp dẫn là gì? Một lời giải thích tốt đến từ đồng tác giả Karl Landsteiner tại Blog nghiên cứu của IBM:
Đối xứng là chén thánh cho các nhà vật lý. Đối xứng có nghĩa là người ta có thể biến đổi một đối tượng theo một cách nhất định khiến nó bất biến. Ví dụ, một quả bóng tròn có thể được xoay bởi một góc tùy ý, nhưng luôn trông giống nhau. Các nhà vật lý nói rằng đó là ‘đối xứng dưới các phép quay. Một khi tính đối xứng của một hệ vật lý được xác định, nó thường có thể dự đoán động lực học của nó.
Tuy nhiên, đôi khi các định luật của cơ học lượng tử phá hủy một sự đối xứng sẽ tồn tại hạnh phúc trong một thế giới không có cơ học lượng tử, tức là các hệ thống cổ điển. Ngay cả với các nhà vật lý, điều này trông kỳ lạ đến nỗi họ đặt tên cho hiện tượng này là một sự bất thường.
Trong phần lớn lịch sử của họ, những dị thường lượng tử này đã bị giới hạn trong thế giới vật lý hạt cơ bản được khám phá trong các phòng thí nghiệm máy gia tốc khổng lồ như Máy va chạm Hadron lớn tại CERN ở Thụy Sĩ
Nhưng bây giờ một sự bất thường lượng tử đã được quan sát trong phòng thí nghiệm. Thiên nhiên cho biết kết quả đã thúc đẩy một quan điểm mới nổi rằng các tinh thể như thế này - các tinh thể có tính chất bị chi phối bởi các hiệu ứng cơ học lượng tử - có thể đóng vai trò là giường thử nghiệm cho các hiệu ứng vật lý chỉ có thể nhìn thấy trong các trường hợp kỳ lạ (Big Bang, lỗ đen , máy gia tốc hạt).
Đồng tác giả của bài báo mới Karl Landsteiner, một nhà lý thuyết dây tại Viện nghiên cứu Futoica Teorica UAM / CSIC, đã thực hiện đồ họa này để giải thích sự bất thường của lực hấp dẫn. Hình ảnh thông qua nghiên cứu của IBM.
Trong các lớp học khoa học nâng cao, vào lúc này hay lúc khác, chúng ta được dạy Lavoisier Law Law. Nó nói rằng không có gì được tạo ra, không có gì bị mất và tất cả đang được biến đổi. Định luật này - định luật bảo toàn khối lượng - là một nguyên tắc cơ bản của khoa học cơ bản.
Tuy nhiên, khi nhìn vào thế giới thú vị của các vật liệu lượng tử thông qua vật lý năng lượng cao, định luật bảo toàn khối lượng dường như bị phá vỡ.
Trong khi đó, phương trình nổi tiếng của Einstein, E = mc ^ 2, cho thấy khối lượng và năng lượng có thể thay thế cho nhau (Ehoặc năng lượng, bằng mhoặc khối lượng, thời gian c ^ 2, hoặc tốc độ ánh sáng bình phương).
Gooth và nhóm của ông đã sử dụng phương trình Einstein, để tạo ra một sự tương tự: nhiệt thay đổi (E) giống như thay đổi về khối lượng (m). Nói cách khác, việc thay đổi nhiệt độ của bán kính Weyl sẽ giống như tạo ra trường hấp dẫn.
Tác giả chính của bài báo, Julian Gooth, giải thích:
Lần đầu tiên, chúng tôi đã thực nghiệm quan sát sự bất thường lượng tử này trên Trái đất, điều cực kỳ quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.
Đồng tác giả của bài báo (trái sang phải): Fabian Menges, Johannes Gooth và Bernd Gotsmann trong một phòng thí nghiệm không có tiếng ồn tại IBM Research, Zurich. Hình ảnh thông qua nghiên cứu của IBM.
Các fermion Weyl đã được đề xuất vào những năm 1920 bởi nhà toán học Hermann Weyl. Chúng đã rất thú vị đối với các nhà khoa học trong một thời gian, vì một số tính chất độc đáo của chúng.
Khám phá này được coi là một cuộc ngoạn mục của nhiều nhà khoa học, nhưng không phải tất cả các nhà khoa học đều bị thuyết phục. Boris Spivak, nhà vật lý tại Đại học Washington ở Seattle, không tin rằng một dị thường hấp dẫn dọc trục có thể được quan sát trong một bán kính Weyl. Anh nói:
Có nhiều cơ chế khác có thể giải thích dữ liệu của họ.
Như mọi khi trong khoa học, thời gian sẽ trả lời.
Sơ đồ hiển thị một bán kết Weyl. Hình ảnh của Bianguang qua Wikimedia Commons.
Điểm mấu chốt: Các nhà khoa học của IBM tuyên bố đã quan sát ảnh hưởng của dị thường trọng lực dọc trục trong tinh thể phòng thí nghiệm.