[論文レビュー] The dark energy scale in superconductors: Innovative theoretical and experimental concepts

C. Beck, Clovis Jacinto de Matos|ArXiv.org|Sep 14, 2007

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 13被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、観測された暗黒エネルギー密度が、プランクおよびアインシュタインの真空エネルギー スケールの幾何平均として生じることを提案し、約0.037 mmの自然スケールをもたらす。これはプランク＝アインシュタイン スケールと同一である。本稿は、超伝導体がこのスケールが支配する量子揺らぎを制御する実験的環境を提供すると主張し、真空エネルギーが抑制され、重力磁気的効果が増幅される。検証可能な予測として、時間の揺らぎや非古典的慣性が含まれる。

ABSTRACT

We revisit the cosmological constant problem using the viewpoint that the observed value of dark energy density in the universe actually represents a rather natural value arising as the geometric mean of two vacuum energy densities, one being extremely large and the other one being extremely small. The corresponding mean energy scale is the Planck-Einstein scale l_PE = (l_P l_E)^1/2 = (hbar G/ c^3 Lambda)^1/4 ~ 0.037 mm, a natural scale both for dark energy and the physics of superconductors. We deal with the statistics of quantum fluctuations underlying dark energy in superconductors and consider a scale transformation from the Planck scale to the Planck-Einstein scale which leaves the quantum physics invariant. Our approach unifies various experimentally confirmed or conjectured effects in superconductors into a common framework: Cutoff of vacuum fluctuation spectra, formation of Tao balls, anomalous gravitomagnetic fields, non-classical inertia, and time uncertainties in radioactive superconductors. We propose several new experiments which may further elucidate the role of the Planck-Einstein scale in superconductors.

研究の動機と目的

• 観測された暗黒エネルギー密度を、プランクおよびアインシュタインの真空エネルギー スケールの幾何平均として再解釈することで、宇宙定数問題を解決すること。
• 超伝導体がプランク＝アインシュタイン スケールにおける量子真空揺らぎをプローブする理論的枠組みを確立すること。
• 超伝導体における顕著な実験的不審現象（タオボールの形成、異常な重力磁気的場、非古典的慣性など）を、同一の物理的原理で統一すること。
• 特に時間、慣性、時空揺らぎに関連する量子重力的効果を検証するための新しい高精度実験を提案すること。

提案手法

• 量子不変性を保ちつつ、プランク スケールからプランク＝アインシュタイン スケールへの形式的スケール変換。
• アインシュタイン＝ヒルベルト作用から導かれる、4次元時空体積と真空エネルギー密度の不確定性関係の応用。
• 真空揺らぎのギンツブルグ＝ランダウ型理論の使用。臨界周波数が超伝導と類似した相転移を引き起こす。
• 有効量子重力モデルにおいて、プランク質量の代わりにプランク＝アインシュタイン質量を用いて、超伝導体内の量子揺らぎをモデル化すること。
• 時間計測、力の測定、崩壊ライン幅の測定を、超伝導キャビティ内部と外部で比較する実験の設計。統計的揺らぎを検出することを目的とする。
• ヘルツ型実験およびフォーサールの振り子装置の応用。回転する超伝導系における重力放射およびコリオリ型力の検出を目的とする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された暗黒エネルギー密度は、プランクおよびアインシュタインの真空エネルギー密度の幾何平均として理解できるか？
• RQ2 プランク＝アインシュタイン スケール（約0.037 mm）は、宇宙論的暗黒エネルギーと超伝導現象の両方にとって自然な物理的スケールとして機能するか？
• RQ3 超伝導体は、非古典的慣性や時間不確定性といった測定可能な不審現象を通じて、暗黒エネルギーの背後にある量子真空揺らぎを検出する検出器として機能できるか？
• RQ4 超伝導体におけるタオボールの形成と異常な重力磁気的場は、いずれもプランク＝アインシュタイン スケールにおける暗黒エネルギーの背後にある同一の物理的メカニズムに起因するか？
• RQ5 超伝導キャビティ内における時間、加速度、力の高精度測定によって、提案された不確定性関係と整合する時空の統計的揺らぎが明らかにされるか？

主な発見

• 観測された暗黒エネルギー密度（6.21×10⁻¹⁰ J/m³）は、プランクの真空エネルギー密度（4.6×10¹¹³ J/m³）とアインシュタインの真空エネルギー密度（5.26×10⁻¹³⁰ J/m³）の幾何平均にほぼ一致し、自然スケールとして約0.037 mmが得られる。
• プランク＝アインシュタイン スケール lPE = √(lPlE) ≈ 0.037 mm は、暗黒エネルギーと超伝導系の両方の統合的物理的スケールとして顕在する。
• プランク スケールからプランク＝アインシュタイン スケールへのスケール変換は、真空エネルギー密度を抑制し、重力磁気的場を増幅する。これは実験的観測と整合する。
• 超伝導体におけるタオボールの形成は、プランク＝アインシュタイン スケールにおける量子揺らぎに起因する可能性があり、標準的なBCS理論を超える非伝統的メカニズムを示唆する。
• 超伝導キャビティ内における非古典的慣性は、プランク＝アインシュタインサイズの時空セルの数の揺らぎに起因すると予測される。
• 放射性超伝導体における時間不確定性、および超伝導キャビティ内部と外部での時計同期の不一致が、測定可能な効果として予測される。