Одна из величайших проблем современной физики - согласовать огромную разницу между энергией, которую несут случайные флуктуации в вакууме, и темной энергией, движущей расширением Вселенной.

В новом исследовании, опубликованном в EPJ Plus, ученые под руководством Энрико Каллони из Университета Неаполя Федерико II (Италия) представили прототип сверхточных весов (балансира), которые, как они надеются, могут быть использованы для измерения взаимодействия между вакуумными флуктуациями и гравитационными полями. При дальнейшем усовершенствовании прибор может позволить исследователям пролить новый свет на загадочное происхождение темной энергии.

В вакууме электромагнитные волны постоянно возникают и исчезают в результате случайных флуктуаций, так что даже если пространство не содержит материи, оно все равно несет в себе определенное количество энергии. В своем исследовании команда Каллони намерена измерить влияние этих флуктуаций с помощью современных весов.

Разработанная для работы при температуре 90 К (-183°C), установка будет содержать в себе небольшой образец высокотемпературного сверхпроводника на одном конце "балки", изначально уравновешенный противовесом на другом конце. Благодаря квантовым эффектам, вызванным взаимодействием со случайными флуктуациями вакуума, этот образец, по прогнозам, должен претерпевать мизерные изменения в весе.

Эти изменения, в свою очередь, можно обнаружить с помощью интерферометрии. Для этого нужно сравнить расстояния, пройденные обеими частями расщепленного светового луча после их отражения от каждого конца "балки".

В исследовании команды подробно описаны первые испытания прототипа весов в лаборатории на Сардинии, где наблюдается чрезвычайно низкий уровень сейсмического шума. Основываясь на первых результатах, Каллони и его коллеги уверены, что после завершения работы их окончательный эксперимент будет иметь достаточную чувствительность, чтобы уловить взаимодействие между вакуумными флуктуациями и гравитационными полями.

Allocca, A., Avino, S., Calloni, E. et al. Thermal noise-limited beam balance as prototype of the Archimedes vacuum weight experiment and B-L dark photon search. Eur. Phys. J. Plus 139, 158 (2024).

https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-024-04920-x