Физици предлагат нов експеримент, който най-накрая ще позволи да се открият отделни гравитони - хипотетични елементарни частици, които носят гравитацията. Той ще включва измерване на броя на изолираните гравитони, погълнати от цилиндрична пръчка, съдържаща свръхчувствителен квантов детектор. Според изследователите експериментът би трябвало да бъде осъществим в близко бъдеще, като се има предвид напредъкът, постигнат в квантовата технология. Преди около един век Айнщайн завинаги променя разбирането ни за гравитацията, като обяснява нейния ефект върху пространство-времето. Неговите предсказания бяха потвърдени от многобройни наблюдения, като например деформацията на тъканта на пространство-времето под въздействието на гравитационното привличане на масивни космически обекти.
Въпреки това, въпреки факта, че повечето елементарни взаимодействия имат квантов еквивалент, обединяването на гравитацията и квантовата механика представлява едно от най-големите предизвикателства на съвременната физика. „Гравитонът“, квантовият еквивалент на гравитацията, остава неуловим. В известен смисъл той е елементарен и частичен еквивалент на гравитацията, подобно на атомите, които изграждат материята. Предложени са различни методи за откриване на това явление. Повечето от тях разчитат на квантови системи, които променят законите на стандартната физика, което потенциално може да доведе до квантова гравитация. Други се фокусират върху откриването на потенциални елементи, скрити в гравитационните вълни, чието съществуване наскоро беше потвърдено и които на теория са съставени от милиарди гравитони. Тези вълни преминават през Земята след катаклизмични космически събития, като например сблъсъци на черни дупки. Въпреки десетилетията изследвания обаче гравитоните все още не са открити. Самата идея за откриването им се смята за невъзможна, тъй като предложените експерименти се сблъскват със сериозни технически ограничения. „Много физици са размишлявали над този въпрос в продължение на много години, но отговорът винаги е бил един и същ: това е невъзможно“, обяснява Игор Пиковски, също от Стокхолмския университет, в съобщение за пресата от Технологичния институт „Стивънс“. Квантовите експерименти, включващи повече от няколко атома, се смятаха за неосъществими, тъй като е малко вероятно последните да взаимодействат с гравитоните. Напоследък обаче квантовите ефекти се наблюдават и при макроскопични обекти. Според Пиковски и колегите му тези обекти са идеални за откриване на гравитони, тъй като те много по-добре взаимодействат с гравитацията. С оглед на това те предлагат нов експеримент, който най-накрая ще направи възможно откриването на отделни гравитони. „Това е фундаментален експеримент, който дълго време се смяташе за невъзможен, но ние смятаме, че сме намерили начин да го направим“, обяснява Пиковски. Резултатите от изследването са описани подробно в списание Nature Communications. Експеримент, подобен на наблюдението на Айнщайн на фотоелектричния ефект Техниката, използвана в новото изследване, включва комбиниране на съществуваща технология за откриване на гравитационни вълни с усъвършенстван метод за откриване на енергийното състояние на материята (известен още като квантово откриване). Първата се състои от много масивен цилиндър (с тегло около един тон), наречен „пръчка на Вебер“, който действа като акустичен резонатор. Той може да поглъща и излъчва гравитони, както в експеримента на Айнщайн за излъчване и поглъщане на фотони.
„Нашето решение е подобно на фотоелектричния ефект, довел Айнщайн до квантовата теория на светлината, но гравитационните вълни заместват електромагнитните вълни“, обяснява Пиковски. Обменът на енергия между материята и вълните става само на дискретни стъпки, което позволява откриването на отделни излъчени и погълнати гравитони. По-точно, материалът се охлажда до най-ниското си енергийно ниво и след това се задвижва в много лека вибрация от преминаването на гравитационна вълна. След това свръхчувствителни квантови детектори ще наблюдават как енергията на вибрацията се променя на отделни стъпки. Тези промени в енергията се наричат „квантови скокове“ и откриването им ще позволи да се направи извод за поглъщането на гравитони. За експеримента екипът предлага да се използват данни за гравитационни вълни, събрани през 2017 г. от LIGO след сблъсъка на две неутронни звезди. „Можем да използваме техните данни за кръстосана корелация с предложения от нас детектор, за да изолираме отделни гравитони“, казва Томас Бейтел от института „Стивънс“, съавтор на изследването. Важно е обаче да се отбележи, че свръхчувствителната технология за квантово откриване, необходима за експеримента, все още не е разработена. Въпреки това експертите смятат, че квантовите технологии се развиват достатъчно бързо, за да направят подобен експеримент възможен в близко бъдеще. Освен това неотдавна в материалите са забелязани квантови преходи, което подсказва перспективата за откриване на гравитони.
Comments