Тёмную энергию от нас скрывает обычная материя

Тёмная энергия была впервые "открыта" в 1998 году, когда учёные обнаружили, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением. Это означает, что что-то невидимое и более мощное, чем гравитация, расталкивает рамки пространства-времени. С тех пор физики выдвинули не одну теорию, объясняющую природу тёмной энергии.

Однако напрямую эту субстанцию, так же как и тёмную материю, никому не удавалось наблюдать. В 2004 году теоретик и соавтор нового исследования Джастин Хури (Justin Khoury) из Университета Пенсильвании предложил одну из возможных причин, по которой частицы тёмной энергии не были до сих пор обнаружены: они прячутся от нас.

В частности, учёные предположили, что частицы тёмной энергии, которые они прозвали хамелеонами, отличаются по массе, которая зависит от плотности окружающего вещества.

Так, в пустотах космоса хамелеоны обладают небольшой массой, но воздействуют на большое расстояние, что позволяет пространству-времени расширяться. В лабораторных же условиях частицы-хамелеоны, окружённые материей со всех сторон, будут иметь большую массу, но будут распространять свои силы на крайне небольшое расстояние от себя. Это объясняло бы, почему частицы тёмной энергии так сложно "поймать" в лаборатории.

"Гипотетическое хамелеоновое поле слабое в пустом пространстве, но как только оно оказывается внутри объекта, обладающего массой, то становится очень сильным и начинает взаимодействовать только с внешним слоем большого объекта, но не с его внутренними частями.Тянущее воздействие будет оказываться лишь на внешнюю оболочку толщиной в нанометр", — поясняет ведущий автор исследования Хольгер Мюллер (Holger Müller) из Университета Калифорнии в Беркли.

Для обнаружения частиц-хамелеонов Мюллер и его коллеги приспособили построенный ранее атомный интерферометр. Этот прибор представляет собой один из наиболее чувствительных детекторов сил из существующих на сегодняшний день, он использовался для выявления гравитационных аномалий, которые могли бы указать на проблемы с Общей теорией относительности Эйнштейна. Другие устройства такого рода слишком большие, чтобы почувствовать действующие на небольшом расстоянии хамелеоновы силы (хотя они и обладают большей чувствительностью), а прибор Мюллера подходил для этого в самый раз.

Учёные предложили измерять силу, вызванную хамелеоновыми полями между атомом и объектом большей массы. Исследование двух объектов большой массы не дало бы результата.

В ходе своего эксперимента физики "сбросили" атомы цезия на алюминиевую сферу диаметром в один дюйм (2,5 сантиметра) и использовали высокочувствительные лазеры для измерения силы, действующей на атомы в ходе их свободного падения, которое заняло около 10-20 миллисекунд.

Никакой силы кроме земной гравитации обнаружено не было. Это, по крайней мере, означает, по словам учёных, что сила, индуцированная хамелеоновым полем не может быть мощнее, чем в миллион раз меньше гравитации нашей планеты. А значит, диапазон возможных уровней энергии частиц тёмной энергии существенно сужается.

Добавим,что эксперименты в ЦЕРНе в Женеве и в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми в Иллинойсе, а также другие группы учёных, использующие нейтронные интерферометры, ищут доказательства существования хамелеонов, но ничего заслуживающего внимания научного сообщества по-прежнему обнаружено не было.

Мюллер и его команда в настоящее время работают над оптимизацией своего эксперимента. Их цель — методом исключения вычислить уровень энергии хамелеонов и попытаться обнаружить их напрямую.

"На данный момент мы исключили возможность того, что хамелеоны взаимодействуют с обычной материей сильнее, чем гравитация. Однако мы планируем масштабировать наш эксперимент до такой степени, чтобы эти частицы начали взаимодействовать с материей так же, как сила тяжести", — рассказывает доктор Хури.

По словам учёных, в худшем случае им удастся доказать, что тёмной энергии, на самом деле, не существует. Но и это будет большим прорывом в области физики и космологии.

Статья с результатами исследования была опубликована в журнале Science.