Отдавна мисленият теоретично гравитон е единственият липсващ „носител на сила“ в днешния Стандартен модел на физиката на елементарните частици.

Както подсказва името им, носителите на сила са като съобщенията, които се разменят между частиците. Най-известният представител на това квантово семейство е фотонът, който е носител на силата на електромагнетизма, но силните и слабите ядрени сили също имат за носители на силата съответно глюон и w и z бозони. Гравитацията е единствената от четирите фундаментални сили, чийто носител на сила - гравитонът - никога не е бил наблюдаван пряко.

Поради невъзможността на физиците да съгласуват квантовата теория с Общата теория на относителността, това кара някои да се питат дали гравитацията изобщо действа като другите фундаментални сили и дали изобщо съществува самият гравитон. Въпреки това учените все още не са отстъпили темата, защото, ако гравитоните съществуваха, те вероятно щяха да бъдат експоненциално по-трудни за откриване - според някои измервания те са много милиарди пъти по-леки от електрона с около 6 × 10-32 електронволта.

Трудно, но не и невъзможно.

Поне така смятат учени от Стокхолмския университет и частния изследователски университет „Стивънс“ в Ню Джърси. В това ново изследване изследователите твърдят, че нова техника за квантово отчитане може просто да се справи. Вдъхновен от работата на Алберт Айнщайн, носител на Нобелова награда за фотоелектричен ефект, който по същество открива съществуването на фотона, този метод за откриване по подобен начин ще търси гравитони в гравитационните вълни.

„Нашето решение имитира фотоелектричния ефект“, казва в изявление за пресата докторантът от Стокхолмския университет Жермен Тобар, съавтор на изследването, „но ние използваме акустични резонатори и гравитационни вълни, които преминават покрай Земята. Наричаме го гравитационно-фоничен ефект.“

Изследователите сравняват тези акустични резонатори с техниката, използвана от Лазерната интерферометрична обсерватория за гравитационни вълни (LIGO), която откри първите гравитационни вълни през 2015 г. Докато LIGO използва лазери за измерване на промените в разстоянието, когато преминаваща гравитационна вълна изкривява пространство-времето (чак до 1/10 000 от ширината на протона), това ново изследване разчита на масивни, вибриращи обекти.

„Ако използваме тежки цилиндри, които резонират с вълните“, казва в изявление за пресата постдокторантът в Северния институт по теоретична физика Сринатх Маникандан, също съавтор на изследването, „тогава при достатъчно силна вълна може да се отложи известна енергия. Трикът се състои в това да се използва квантово засичане, за да се наблюдават единични квантови скокове в енергията, когато се поглъщат или излъчват единични гравитони“.

Тези цилиндри ще бъдат 4000-килограмови алуминиеви пръти, охладени до малко над абсолютната нула (все пак става дума за квантови сензори). След като гравитационната вълна премине през този масивен детектор, всяка толкова фина вибрация, засечена чрез промяна в енергийното ниво, ще бъде гравитон.

За да се справи с тази задача, екипът получава голям тласък от съществуващите детектори на гравитационни вълни. Въпреки че LIGO е добра в откриването на събития с гравитационни вълни, тя не може да отдели един конкретен гравитон, така че този експеримент с „гравитофоничен“ ефект ще направи кръстосана връзка между събитията, открити от LIGO, за да види дали техният детектор е усетил някакви възможни гравитони. За да бъдат засечени такива гравитони, екипът признава, че е необходима доста енергична гравитационна вълна, но техните изчисления показват, че една такава вълна, създадена от сливането на неутронна звезда през 2017 г., би могла да създаде достатъчно гравитони за висока вероятност за поглъщане.

Най-голямата пречка между момента и окончателното затваряне на темата „Тайната на липсващия гравитон“ е изграждането на самите квантови сензори, които в момента не съществуват. Но тази предварителна работа подсказва, че след като те бъдат създадени, решаването на една от най-големите неизвестни във физиката може да бъде на една ръка разстояние.

Снимка: Unsplash

Виж още: Нов ИИ модел се научи как да симулира Super Mario Bros. от видеозаписи