Mislilo se da je ovo nemoguće: Nova metoda za detekciju gravitona mogla bi promeniti fiziku zauvek

Studija tima predvođenog profesorom Igorom Pikovskim sa Stivens instituta, otkriva potencijalnu metodu za detekciju gravitona — čestica za koje se veruje da su kvantni gradivni blokovi gravitacije, a što se do sada smatralo nemogućim, piše SciTech Daily.

Gravitoni, ako postoje, smatraju se kvantnim česticama gravitacije, slično kao što su fotoni kvantne čestice svetlosti. Gravitacija, sila koja uzrokuje pad predmeta i održava planete u njihovim orbitama, do sada je bila objašnjena samo kroz klasične teorije. Iako je pre više od sto godina Ajnštajn revolucionarno promenio naše razumevanje gravitacije kroz opštu teoriju relativiteta, koja objašnjava kako gravitacija utiče na prostor-vreme, nešto je i dalje ostalo neistraženo. Prema kvantnoj teoriji, svaka sila u prirodi treba da bude povezana sa određenom česticom. Za elektromagnetizam je to foton, dok za gravitaciju ta uloga pripada gravitonu, čestici koja bi trebalo da prenosi gravitacionu silu na kvantnom nivou.

Preporučujemo

Međutim, do sada nije postojao način da se gravitoni detektuju. Čak i moćni uređaji kao što je LIGO, koji je uspešno detektovao gravitacione talase, izazvane sudarima masivnih objekata poput crnih rupa, nisu bili dovoljno osetljivi da detektuju pojedinačne gravitone. Naučnici su smatrali da je detekcija gravitona gotovo nemoguća zbog njihove izuzetno male energije i slabe interakcije sa materijom.

No, tim koji predvodi Pikovski sada veruje da su našli način da to urade.

- Ovo je osnovni eksperiment za koji se dugo mislilo da je nemoguć, ali mislimo da smo našli način da ga izvedemo - rekao je Pikovski.

Tim, koji uključuje studente prve godine Germaina Tobara i Tomasa Bajtela, kao i postdoktoranda Srinata Manikandana, predložio je upotrebu akustičnog rezonatora, teškog cilindra, koji bi bio povezan sa naprednim kvantnim senzorima kako bi se detektovali pojedinačni gravitoni. Uređaj bi bio hlađen do najnižih energetskih nivoa, a zatim bi se pažljivo pratile vibracije izazvane prolaskom gravitacionih talasa. Rezultati njihovih istražavanja objavljeni su u Nature Communications.

- Naše rešenje je slično fotoelektričnom efektu koji je doveo Ajnštajna do kvantne teorije svetlosti, samo što umesto elektromagnetnih talasa imamo gravitacione talase - objasnio je Pikovski. Ključ ove metode je u tome što se energija razmenjuje između materijala i gravitacionih talasa u diskretnim koracima, pojedinačni gravitoni se apsorbuju i emituju.

- Potrebno je da ohladimo materijal i potom pratimo kako se energija menja u jednom koraku, a to se može postići pomoću kvantnih senzora – dodao je Manikandan. Tokom eksperimenta, naučnici bi pratili ove promene energije, poznate kao kvantni skokovi, kako bi identifikovali pojedinačne gravitone.

Jedna od ključnih inovacija u ovom eksperimentu je upotreba podataka sa LIGO opservatorija, koje su već detektovale gravitacione talase. Iako LIGO ne može direktno detektovati gravitone, podaci iz ovih opservatorija mogu biti korišćeni kao osnova za unakrsnu analizu sa kvantnim senzorima. Na taj način, naučnici veruju da bi mogli da izoluju događaje vezane za pojedinačne gravitone.

- Opservatorije LIGO su vrlo dobre u detekciji gravitacionih talasa, ali ne mogu uhvatiti pojedinačne gravitone. Ali možemo koristiti njihove podatke za unakrsnu korelaciju sa našim predloženim detektorom - napominje Bajtel.

Pikovski ističe da je napredak u kvantnoj tehnologiji ključan za ovaj projekat jer do pre nekoliko godina ovo ne bi bilo moguće, ali sada imamo tehnologiju koja nam omogućava da vidimo kvantne efekte u makroskopskim objektima. Ovi objekti, kao što su teški cilindri korišćeni u eksperimentu, mnogo jače interaguju sa gravitacionim talasima, omogućavajući naučnicima da prate kako apsorbuju i emituju energiju u malim koracima.

Pikovski priznaje da tehnologija koja je potrebna za ovakvu detekciju još uvek nije sasvim razvijena. - Kvantni skokovi su nedavno primećeni u materijalima, ali ne još uvek u masama koje su nam potrebne. Ipak, tehnologija napreduje veoma brzo i imamo još ideja kako da to učinimo lakšim - kaže Tobar. Uprkos tome, Pikovski i njegov tim su sigurni da će ovaj eksperiment, jednom kada bude izveden, uspeti.

- Sada kada znamo da gravitoni mogu biti detektovani, to je dodatna motivacija za dalji razvoj odgovarajuće kvantno-senzorske tehnologije. Uz malo sreće, uskoro će biti moguće uhvatiti pojedinačne gravitone - kaže Bajtel.

Ono što je posebno zanimljivo u ovom istraživanju jeste način na koji se ono oslanja na analogije sa klasičnom fizikom. Pikovski poredi apsorpciju gravitona sa efektom koji je doveo do razvoja kvantne teorije svetlosti pre više od jednog veka.

Ovaj revolucionarni eksperiment mogao bi otvoriti vrata ka rešenju jednog od najvećih problema u modernoj fizici, spajanju kvantne mehanike i gravitacije u jedinstvenu teoriju. Naučnici širom sveta prate napredak ovog istraživanja, s nadom da će uskoro uslediti novi pomaci u našem razumevanju univerzuma.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)