Студија тима предвођеног професором Игором Пиковским са Стивенс института открива потенцијалну методу за детекцију гравитона — честица за које се верује да су квантни грађевни блокови гравитације, а што се до сада сматрало немогућим, пише SciTech Daily.
Шта су гравитони?
Гравитони, ако постоје, сматрају се квантним честицама гравитације, слично као што су фотони квантне честице светлости. Гравитација, сила која узрокује пад предмета и одржава планете у њиховим орбитама, до сада је била објашњена само кроз класичне теорије.
View this post on Instagram
Револуционарни допринос Ајнштајнове теорије
Иако је пре више од сто година Ајнштајн револуционарно променио наше разумевање гравитације кроз општу теорију релативитета, која објашњава како гравитација утиче на простор-време, нешто је и даље остало неистражено.
Гравитони као квантне честице гравитације
Према квантној теорији, свака сила у природи треба да буде повезана са одређеном честицом. За електромагнетизам је то фотон, док за гравитацију та улога припада гравитону, честици која би требало да преноси гравитациону силу на квантном нивоу.
Међутим, до сада није постојао начин да се гравитони детектују. Чак и моћни уређаји као што је ЛИГО, који је успешно детектовао гравитационе таласе изазване сударама масивних објеката попут црних рупа, нису били довољно осетљиви да детектују појединачне гравитоне.
Изазови детекције гравитона
Научници су сматрали да је детекција гравитона готово немогућа због њихове изузетно мале енергије и слабе интеракције са материјом. Но, тим који предводи Пиковски сада верује да су нашли начин да то ураде. „Ово је основни експеримент за који се дуго мислило да је немогућ, али мислимо да смо нашли начин да га изведемо“, рекао је Пиковски.
Предложени експеримент са акустичним резонатором
Тим, који укључује студенте Жермена Тобара и Томаса Бајтела, као и постдокторанда Срината Маникандана, предложио је употребу акустичног резонатора, тешког цилиндра, који би био повезан са напредним квантним сензорима како би се детектовали појединачни гравитони.
Уређај би био хлађен до најнижих енергетских нивоа, а затим би се пажљиво пратиле вибрације изазване проласком гравитационих таласа.
Механизам детекције гравитона
„Наше решење је слично фотоелектричном ефекту који је довео Ајнштајна до квантне теорије светлости, само што уместо електромагнетних таласа имамо гравитационе таласе“, објаснио је Пиковски.
Кључ ове методе је у томе што се енергија размењује између материјала и гравитационих таласа у дискретним корацима, при чему се појединачни гравитони апсорбују и емитују.
Кључна улога квантних сензора
„Потребно је да охладимо материјал и потом пратимо како се енергија мења у једном кораку, а то се може постићи помоћу квантних сензора“, додао је Маникандан. Током експеримента, научници би пратили ове промене енергије, познате као квантни скокови, како би идентификовали појединачне гравитоне.
Употреба података са ЛИГО опсерваторија
Једна од кључних иновација у овом експерименту је употреба података са ЛИГО опсерваторија, које су већ детектовале гравитационе таласе. Иако ЛИГО не може директно детектовати гравитоне, подаци из ових опсерваторија могу бити коришћени као основа за унакрсну анализу са квантним сензорима. На тај начин, научници верују да би могли да изолују догађаје везане за појединачне гравитоне.
Напредак квантне технологије
Пиковски истиче да је напредак у квантној технологији кључан за овај пројекат јер до пре неколико година ово не би било могуће, али сада имамо технологију која нам омогућава да видимо квантне ефекте у макроскопским објектима.
Изазови и будућност истраживања
Пиковски признаје да технологија која је потребна за овакву детекцију још увек није сасвим развијена. „Квантни скокови су недавно примећени у материјалима, али не још увек у масама које су нам потребне. Ипак, технологија напредује веома брзо и имамо још идеја како да то учинимо лакшим“, каже Тобар.
Перспектива за будућност
Упркос тренутним изазовима, Пиковски и његов тим су сигурни да ће овај експеримент, једном када буде изведен, успети. „Сада када знамо да гравитони могу бити детектовани, то је додатна мотивација за даљи развој одговарајуће квантно-сензорске технологије. Уз мало среће, ускоро ће бити могуће ухватити појединачне гравитоне“, каже Бајтел.
Значај истраживања
Овај револуционарни експеримент могао би отворити врата ка решењу једног од највећих проблема у модерној физици, спајању квантне механике и гравитације у јединствену теорију. Научници широм света прате напредак овог истраживања, с надом да ће ускоро уследити нови помаци у нашем разумевању универзума.
