Международная коллаборация физиков XENON, работающая в подземной лаборатории Гран-Сассо (Италия), опубликовала результаты беспрецедентной проверки основ квантовой механики. Используя самый чувствительный в мире детектор тёмной материи XENONnT, учёные впервые экспериментально опровергли параметры классической модели спонтанной локализации (GRW), предложенной более 40 лет назад. Это исследование фактически закрывает одну из самых элегантных попыток объяснить, почему макроскопические объекты подчиняются законам классической физики, в то время как микромир остается квантовым.
Фундаментальная проблема, которую решали авторы, заключается в парадоксе «кота Шрёдингера»: стандартное уравнение квантовой механики позволяет крупным объектам находиться в состоянии суперпозиции (быть в двух местах одновременно), чего мы никогда не наблюдаем в реальности. Модели динамического коллапса (DCM), такие как теория Гирарди — Римини — Вебера (GRW), предполагают наличие естественного механизма, который «схлопывает» квантовую неопределённость. Согласно теории, такой коллапс должен сопровождаться побочным эффектом — испусканием сверхслабого спонтанного рентгеновского излучения. Именно этот «шум квантового коллапса» и пытались зафиксировать исследователи.
Уникальность работы заключается в использовании двухфазной эмиссионной время-проекционной камеры (TPC), содержащей 5,9 тонны жидкого ксенона. Чтобы заметить сигнал, учёные превратили детектор в «самое тихое место во Вселенной», очистив его от радиоактивных примесей и защитив слоем скал толщиной 1400 метров. Ключевым научным достижением группы стало внедрение в анализ модели «атомного подавления» (cancellation effects). Физики впервые учли, что на характерных энергиях рентгеновского излучения электроны и протоны внутри атомов ксенона начинают интерферировать, частично гася сигналы друг друга. Это позволило на порядки повысить точность поиска по сравнению с предыдущими экспериментами.
Результаты первого научного запуска (SR0) с экспозицией более одной тонны в год показали полное отсутствие избыточного излучения. Это позволило установить новые мировые рекорды чувствительности, улучшив ограничения для модели непрерывной спонтанной локализации (CSL) сразу в 100 раз, а для гравитационной модели Диоши — Пенроуза — в 5 раз.
Главным итогом стала фальсификация параметров теории GRW с достоверностью 9,1σ. Теперь физики могут с уверенностью утверждать: классический механизм «мгновенного» коллапса в его исходном виде не существует, что ставит под сомнение жизнеспособность простейших марковских моделей квантовой динамики.
Авторы исследования — команда из более чем 150 физиков-экспериментаторов и теоретиков — подчёркивают, что работа не закрывает вопрос о природе реальности окончательно, но радикально сужает поле поиска. Теперь внимание учёных смещается к более сложным теоретическим лазейкам, таким как модели с «цветным» шумом или диссипацией, которые потребуют ещё более длительных наблюдений на XENONnT.
Данное открытие превращает детекторы тёмной материи в мощнейшие инструменты для проверки самой структуры пространства-времени и квантовых основ мироздания.