Студија тима предвођеног професором Игором Пиковским са Стивенс института, открива потенцијалну методу за детекцију гравитона — честица за које се вјерује да су квантни градивни блокови гравитације, а што се до сада сматрало немогућим, пише "SciTech Daily".
Гравитони, ако постоје, сматрају се квантним честицама гравитације, слично као што су фотони квантне честице свјетлости. Гравитација, сила која узрокује пад предмета и одржава планете у њиховим орбитама, до сада је била објашњена само кроз класичне теорије.
Иако је прије више од сто година Ајнштајн револуционарно промијенио наше разумијевање гравитације кроз општу теорију релативитета, која објашњава како гравитација утиче на простор-вријеме, нешто је и даље остало неистражено.
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 успјешно детектовао гравитационе таласе, изазване сударима масивних објеката попут црних рупа, нису били довољно осјетљиви да детектују појединачне гравитоне.
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 вјерује 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.
Тим, који укључује студенте прве године Гермаина 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.
Резултати њихових истраживања објављени су у Nature Communications.
"Наше рјешење је слично фотоелектричном ефекту који је довео Ајнштајна до квантне теорије свјетлости, само што умјесто електромагнетних таласа имамо гравитационе таласе", објаснио је Пиковски. Кључ ове методе је у томе што се енергија размјењује између материјала и гравитационих таласа у дискретним корацима, појединачни гравитони се апсорбују и емитују.
"Потребно је да охладимо материјал и потом пратимо како се енергија мијења у једном кораку, а то се може постићи помоћу квантних сензора", додао је Маникандан.
Током експеримента, научници би пратили ове промјене енергије, познате као квантни скокови, како би идентификовали појединачне гравитоне.
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 вјерују да би могли да изолују догађаје везане за појединачне гравитоне.
"Опсерваторије ЛИГО су врло добре у детекцији гравитационих таласа, али не могу ухватити појединачне гравитоне. Али можемо користити њихове податке за унакрсну корелацију са нашим предложеним детектором", напомиње Бајтел.
Пиковски истиче да је напредак у квантној технологији кључан за овај пројекат јер до прије неколико година ово не би било могуће, али сада имамо технологију која нам омогућава да видимо квантне ефекте у макроскопским објектима.
Ови објекти, као што су тешки цилиндри коришћени у експерименту, много јаче интерагују са гравитационим таласима, омогућавајући научницима да прате како апсорбују и емитују енергију у малим корацима.
Пиковски признаје да технологија која је потребна за овакву детекцију још увијек није сасвим развијена.
"Квантни скокови су недавно примијећени у материјалима, али не још увијек у масама које су нам потребне. Ипак, технологија напредује веома брзо и имамо још идеја како да то учинимо лакшим", каже Тобар.
Упркос томе, Пиковски и његов тим су сигурни да ће овај експеримент, једном када буде изведен, успјети.
"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.
Оно што је посебно занимљиво у овом истраживању јесте начин на који се оно ослања на аналогије са класичном физиком. Пиковски пореди апсорпцију гравитона са ефектом који је довео до развоја квантне теорије свјетлости прије више од једног вијека.страживању јесте начин на који се оно ослања на аналогије са класичном физиком. Пиковски пореди апсорпцију гравитона са ефектом који је довео до развоја квантне теорије свјетлости прије више од једног вијека.
Овај револуционарни експеримент могао би отворити врата ка рјешењу једног од највећих проблема у модерној физици, спајању квантне механике и гравитације у јединствену теорију.
Научници широм свијета прате напредак овог истраживања, с надом да ће ускоро услиједити нови помаци у нашем разумијевању универзума, преноси Telegraf.rs.
