Точные измерения параметров больших космических тел позволят уточнить значение массы гравитона

Группа ученых, в состав которой вошли исследователи из нескольких французских университетов и других научных учреждений, нашла новый способ, позволяющий уточнить значение верхнего предела массы гравитона. Этот способ основан на точных измерениях нескольких параметров крупных космических тел, таких, как звезды и гигантские газовые планеты, благодаря этому ученым удастся сделать то, что практически невозможно сделать любыми другими из имеющихся у ученых методов.

Согласно общей теории относительности, Солнце и планеты искривляют пространство-время (сетку), и стандартная квантованная версия теории включает безмассовые гравитоны (волнистые линии), создающие гравитационную силу. Незначительные отклонения планетных орбит от предсказаний общей теории относительности могут быть объяснены ненулевой массой гравитона.
© Y. Gominet/Paris Observatory, via Physics

Согласно Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, в процессе формирования массы у огромных космических тел, которые своей гравитацией деформируют пространственно-временной континуум в прилежащем пространстве, задействована теоретически невесомая элементарная частица, называемая гравитоном. Ученые в течение долгих лет с переменным успехом «ломали копья», доказывая или опровергая факт наличия собственной массы у гравитона.

Один из методов, используемых учеными в прошлом, был основан на данных изучения скорости расширения Вселенной, по результатам этого метода получалось, что если гравитон и обладает массой, то очень малой, на уровне 10 ⁻³² электронвольт. К сожалению, вышеупомянутые результаты основаны на большом количестве предположений и допущений, некоторые из которых до сих пор считаются спорными.

Второй метод определения массы гравитона заключается с изучения малых отклонений в орбитах, по которым движутся достаточно массивные космические тела. Именно эти отклонения могут быть вызваны наличием отличной от нуля массы гравитона, однако, если у гравитона имеется, как и у фотона света, нулевая масса покоя, то гравитоны должны двигаться со скоростью, близкой к скорости света, для того, чтобы оказать заметное влияние на окружающий мир.

Именно этот второй метод и взяли на вооружение французские ученые, найдя способ улучшения его точности. Ученые используют данные, в которых фигурирует «замороженное» в определенные моменты времени положение некоторых звезд и планет. Первые временные точки такой «заморозки» начинаются с 2000 года. Основываясь на этих первоначальных данных, ученые рассчитали значения массы, скорости и положения в пространстве Солнца, некоторых планет и крупных астероидов.

Затем на основе нескольких фундаментальных уравнений были созданы компьютерные математические модели, которые просчитали движение всех анализируемых объектов вперед во времени, до 2017 года, и назад до 1913 года. Эти периоды времени были выбраны не случайно, ученым удалось найти в общей массе астрономических данных достаточно подробные и достоверные данные об интересующих их космических телах на тот момент времени.

Проведя вычисления, основанные на отклонениях реальных орбит движения космических тел от теоретических, ученые вычислили новое значение верхнего предела массы гравитона, которое стало теперь равно  6.76 × 10 ⁻²³ с вероятностью около 90 процентов.

Исследователи отмечают, что полученное ими значение находится очень близко к значению, полученному учеными, работающими на гравитационной обсерватории LIGO и изучающими гравитационные волны. Это вселяет надежду в достоверность полученных результатов, но и не исключает пока возможности того, что такое совпадение является просто случайностью.

Статья опубликована в журнале Physical Review Letters  
Источник: dailytechinfo.org