Можно ли тёмную энергию объяснить симметронным полем?

Поле, пронизывающее Вселенную и играющее роль «пятой силы» (пятого взаимодействия), которая действует между массивными телами, может быть кандидатом на роль тёмной энергии и объяснением ускоряющегося расширения Вселенной. Такое поле, известное как симметронное, имеет симметрию в областях высокой плотности; в областях низкой плотности, таких как вакуум, симметрия, напротив, нарушена.

Пока концепция симметрона остаётся чисто теоретической. Однако в своём новом исследовании физик Амол Упадхи из Аргоннской национальной лаборатории (США) представил расчёты, согласно которым ранее не исследованный режим симметрона в масштабах, близких к тёмной энергии, породит новую пятую силу на субмиллиметровых дистанциях. Учёный предлагает провести эксперимент по измерению гравитации на столь малых масштабах, чтобы, возможно, выяснить, является ли тёмная энергия действительно симметронным полем, а не чем-то иным.

Ограничения, которые расчёты Амола Упадхи накладывают на симметронную тёмную энергию (здесь и ниже иллюстрации Upadhye / American Physical Society).

«Тёмная энергия в целом может быть описана постоянной (или медленно изменяющейся) плотностью энергии вакуума — словно поле, потенциал которого имеет небольшое положительное значение, — рассказывает физик. — В присутствии такой энергетической плотности эйнштейновское уравнение общей относительности предсказывает, что Вселенная будет расширяться со всё увеличивающейся скоростью».

В теории симметронное поле — это посредник пятой силы в условиях, когда симметрия такого поля нарушена, то есть при низкой плотности вещества, в вакууме за пределами галактик. В состоянии нарушенной симметрии симметронное поле должно взаимодействовать с материей. Правда, взаимодействие это будет очень слабым, на уровне гравитации, если не меньше, а потому зафиксировать его не так просто. Из расчётов г-на Упадхи следует вот что: если его энергия взаимодействия с материей равна 1 ТэВ, а масса симметрона — 10^–3 эВ, то существование поля можно проверить при помощи текущего эксперимента Этвёша (Eötvös).

В его рамках (см. иллюстрацию) пятое взаимодействие (обусловленное симметроном) должно проявить себя, вращая второй диск таким образом, чтобы он смог взаимодействовать с первым диском.

Схема эксперимента Этвёша: два металлических диска с одинаковыми наборами отверстий, один из которых подвешен, а другой может свободно вращаться.

«В эксперименте Этвёша используется пара металлических дисков с одинаковым набором отверстий в каждом из них, — поясняет г-н Упадхи. — Верхний диск подвешен на проволоке, что позволяет ему свободно вращаться, в то время как нижний вращается с определённой постоянной частотой. Пятое взаимодействие должно вызвать вращение верхнего диска, причём такое, что его набор отверстий должен совпасть с набором нижнего диска».

В декабре 2012 года Амол Упадхи посетил группу, проводящую эксперимент Этвёша, и та, заинтересовавшись теорией, провела модификации в экспериментальном устройстве, позволяющие искать симметронные поля. Собственно экспериментальный поиск их следов уже ведётся.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Phys.Org.