НЕЙТРИНО НЕ НАХОДЯТ ПЕНЫ В ПРОСТРАНСТВЕ-ВРЕМЕНИ

У физики до сих пор нет работающей теории квантовой гравитации. Но большинство кандидатов разделяют одно ожидание: на чрезвычайно малом планковском масштабе пространство-время перестаёт быть гладким и начинает флуктуировать. Физики называют это пространственно-временной пеной. Одна из конкретных картин — фон из виртуальных чёрных дыр, микроскопических и мимолётных, которые возникают и испаряются за кратчайшие возможные промежутки времени.

Одну такую флуктуацию заметить невозможно. Но частица, проходящая большой путь, могла бы накапливать их влияние. Её квантовое поведение постепенно растворялось бы в обычной классической случайности — этот процесс называется декогеренцией.

Квантовые часы, пересекающие Землю

Нейтрино — идеальные пробные частицы. У них нет электрического заряда, они чувствуют только слабое взаимодействие и гравитацию, поэтому проходят целые планеты, не встречая помех. И у них есть встроенные квантовые часы: нейтрино, родившееся с одним «ароматом» (электронным, мюонным или тау), в пути осциллирует в другие. Эта осцилляция — интерференционный эффект. Если бы пространственно-временная пена перемешивала квантовое состояние нейтрино по дороге, осцилляция затухала бы.

Лучше всего для этого подходят атмосферные нейтрино, рождающиеся, когда космические лучи ударяют в атмосферу. Те, что приходят снизу, пересекли Землю — вплоть до её полного диаметра — и достигают очень высоких энергий, при которых эффекты, связанные с планковским масштабом, должны быть сильнее всего.

Коллаборация IceCube проверила две картины того, что виртуальная чёрная дыра могла бы сделать с пролетающим нейтрино: случайно переключить его в определённое состояние или сдвинуть его внутреннюю фазу на случайную величину.

Мюонное нейтрино из ливня космических лучей пересекает Землю на пути к IceCube. По дороге виртуальная чёрная дыра (VBH) могла бы переключить его аромат, спроецировать его на массовое состояние или сдвинуть его фазу. — Рисунок 1, Коллаборация IceCube (2026), arXiv:2610.14144.

Эффект описывается стандартным уравнением для квантовых систем, «протекающих» в окружающую среду, — уравнением Линдблада:

ρ̇ = −i[H, ρ] − D[ρ]

Первый член — обычная осцилляция; второй, D, — затухание. Предполагается, что его сила Γ растёт с энергией по степенному закону, Γ(E) = Γ₀ (E/E₀)ⁿ, и команда проверила n = 0, 1, 2 и 3. Случай n = 2 обоснован лучше всего, так как появляется в нескольких расчётах теории струн.

368 071 нейтрино — и никакого размытия

IceCube — это кубический километр антарктического льда, за которым следят 5160 световых датчиков. Команда использовала данные за 10,7 года: 368 071 мюонное нейтрино, пришедшее снизу сквозь Землю, с энергиями от 0,5 до 100 ТэВ — в десять раз выше, чем в предыдущем поиске этого эффекта на IceCube. Анализ проводился вслепую, и все проверки должны были быть пройдены, прежде чем результат раскрывался.

Вердикт: данные везде соответствуют обычным трёхароматным осцилляциям. Дефицита там, где декогеренция проявилась бы сильнее всего, нет.

Новые верхние пределы (красные звёзды) в сравнении с прежними экспериментами. Для n = 3 звезда оказывается ниже зелёной линии, обозначающей «естественный» эффект на планковском масштабе. — Рисунок 6, Коллаборация IceCube (2026), arXiv:2610.14144.

• Для n = 2 и n = 3 ограничения улучшают прежние результаты IceCube более чем в десять раз. Выигрыш обеспечивают главным образом нейтрино самых высоких энергий.
• Для n = 2 сила декогеренции должна быть ниже 7,26 × 10⁻¹⁹ электронвольта при 1 ТэВ в обеих моделях.
• Для n = 3 ограничения теперь опускаются ниже «естественного» ожидания на планковском масштабе — значения, получаемого в предположении, что при планковской энергии эффект становится таким же сильным, как сам планковский масштаб. Для n = 3 этот уровень достигнут впервые.

Прячется лучше, чем ожидалось

Если пространственно-временная пена таким образом гасит осцилляции нейтрино, она должна быть подавлена сильнее, чем предсказывает естественная оценка на планковском масштабе, — каким-то дополнительным механизмом или с зависимостью от энергии, не сводящейся к простому степенному закону. Авторы называют это самыми строгими на сегодня ограничениями для этого класса моделей.

У проверки есть слепые зоны. IceCube не может отличать нейтрино от антинейтрино по отдельности, поэтому анализ предполагает, что те и другие ведут себя одинаково. А модели намеренно простые, с единственным параметром затухания. Более крупные выборки, в частности с планируемого детектора IceCube-Gen2, должны продвинуть поиск дальше.