Има четири основни сили във Вселената; силна ядрена, слаба ядрена, електромагнитна и гравитационна. Квантовата теория обяснява три от четирите чрез взаимодействието на частици, но науката все още не е открила съответстваща частица за гравитацията.
Известна като гравитон, хипотетичната гравитационна частица според учените представлява гравитационни вълни, но не е открита в детектор. Нов експеримент се надява да промени това с помощта на акустичен резонатор за идентифициране на отделни гравитони и потвърждаване на тяхното съществуване.
Танцуващи гравитони: нови частици позволяват да се надникне в сърцето на Вселената
Четирите основни природни сили управляват Вселената. Гравитацията е нещо, което ние познаваме, но не разбираме напълно как работи. Ефектите ѝ са очевидни като привличането между обекти с маса. Тя задържа планетите в орбита около Слънцето, Луната – в орбита около Земята и тя ни приковава към повърхността на планетата Земя.
Един от най-ранните опити за нейното описване е на Исак Нютон, който заявява, че гравитацията е пропорционална на масата на обектите и обратнопропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Дори в най-големия мащаб на Космоса изглежда, че тя е от съществено значение за структурата на Вселената.
Едно от предизвикателствата с гравитацията е, че за разлика от другите фундаментални сили тя може да бъде обяснена само в класически смисъл. Квантовата физика може да обясни другите три сили чрез частици: електромагнитната сила има фотона, силната ядрена сила има глуона, слабата ядрена сила има W и Z бозоните, но гравитацията има, е, все още нищо. Освен хипотетичния гравитон.
Гравитонът може да се разглежда като градивен елемент на гравитацията, точно както тухлите са градивните елементи на къща или атомите – градивните елементи на материята.
Детектори като LIGO, обсерваторията за гравитационни вълни с лазерен интерферометър, могат да открият гравитационни вълни от мащабни събития като сливане на черни дупки и неутронни звезди, но досега гравитон никога не е бил открит. Това обаче скоро може да се промени, пише Universe Today.
Екип от изследователи, ръководен от професора по физика Игор Пиковски от Технологичния институт „Стивънс“ в Хоубоукън (Ню Джърси), предлага ново решение. Чрез използване на съществуваща технология за откриване, която по същество е тежък цилиндър, известен като акустичен резонатор, екипът предлага добавяне на подобрени методи за откриване на енергийно състояние, известни като квантово наблюдение.
Айнщайн го смяташе за невъзможно: Физици измериха гравитацията в квантов мащаб
По думите на Пиковски предложеното решение „е подобно на фотоелектричния ефект, който доведе Айнщайн до квантовата теория на светлината, само с гравитационни вълни, заместващи електромагнитни вълни“. Тайната е в дискретните етапи на енергия, които се обменят между материала и вълните, когато се абсорбират единични гравитони. Екипът ще използва LIGO, за да потвърди откриването на гравитационни вълни и кръстосана справка със собствените си данни.
Новият подход е вдъхновен от данни за гравитационни вълни, открити през 2017 г., които идват от сблъсък между две свръхплътни неутронни звезди с размер на град.
Екипът започнал да обмисля възможен експеримент. Използвайки данни от гравитационни вълни, които преди това са били измерени на Земята, като тези от 2017 г., те изчислили параметрите, които биха оптимизирали вероятността за улавяне за един гравитон. Тяхното развитие доведе до устройства, подобни на т.нар. пръчки на Вебер (дебели, тежки 1 тон цилиндри), които позволяват откриването на гравитони.
Цилиндрите ще бъдат поставени в новопроектирания квантов детектор, охладени до възможно най-ниското енергийно състояние и преминаването на гравитационна вълна ще го накара да вибрира. След това екипът се надява да може да измери вибрациите с помощта на свръхчувствителни енергийни детектори, за да види как вибрациите се променят на отделни стъпки, което показва гравитонно събитие.
Радикална теория обединява гравитацията и квантовата механика
Това е вълнуващо време за базираната на гравитацията физика и учените определено се доближават до разкриването на нейните мистерии. За съжаление свръхчувствителните детектори все още не са налични, но според екипа на Пиковски те не са далеч.
„Знаем, че квантовата гравитация все още е неразгадана и е твърде трудно да се тества в пълната ѝ степен, но сега можем да направим първите стъпки, точно както учените преди повече от сто години са направили с кванта на светлината“, обобщава Пиковски.
