Международная коллаборация учёных провела самый точный в истории эксперимент по проверке принципа запрета Паули — одного из фундаментальных законов квантовой механики, который объясняет стабильность материи. Никаких отклонений от правила обнаружено не было, что накладывает жёсткие ограничения на многие экзотические теории.
Что такое принцип запрета Паули?
Сформулированный Вольфгангом Паули в 1925 году, он гласит: два одинаковых фермиона (например, электрона) не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Этот принцип объясняет:
- Почему электроны не падают на ядро атома.
- Почему звёзды не коллапсируют под собственной гравитацией.
- Почему материя вообще стабильна и имеет объём.
Если бы принцип нарушался, Вселенная выглядела бы совершенно иначе.
Как проходил эксперимент VIP-2?
- Место: Лаборатория Гран-Сассо в Италии, расположенная глубоко под горным массивом для защиты от космических лучей.
- Метод: Учёные вводили дополнительные электроны в медный проводник, пытаясь зафиксировать «запрещённые» атомные переходы, которые должны были бы произойти, если бы принцип Паули нарушался. Такие переходы сопровождались бы специфическим рентгеновским излучением.
- Результат: Никаких сигналов обнаружено не было. Вероятность нарушения принципа составляет менее 2 частей на 10⁴³ — это беспрецедентная точность.
Какое значение имеет этот результат?
- Подтверждение основ: Жёстко подтверждает правильность Стандартной модели физики элементарных частиц.
- Ограничение для новых теорий: Результат ставит жёсткие ограничения на многие экзотические теории, пытающиеся выйти за рамки Стандартной модели:
«Модели квонов» (Quon models).
Некоторые теории квантовой гравитации, стремящиеся объединить квантовую механику и общую теорию относительности.
Исключает возможность того, что электроны имеют скрытую внутреннюю структуру. - Требование к будущим теориям: Любая новая теория, претендующая на описание «новой физики», теперь обязана соблюдать принцип Паули с невероятной точностью.
Что дальше?
Учёные уже готовят следующий этап — эксперимент VIP-3, который попытается проверить принцип с ещё большей точностью, продолжая поиск возможных, хотя и крайне маловероятных, отклонений от одного из самых фундаментальных законов мироздания.