Команда ученых под руководством физика-теоретика Игоря Пиковски описала эксперимент по обнаружению гипотетических элементарных частиц гравитонов, квантов гравитационного поля. Провести его можно будет уже в ближайшем будущем благодаря квантовым технологиям. «Это основополагающий эксперимент, который долгое время считался невозможным, но мы полагаем, что придумали, как его провести», — сказал профессор Пиковски из Технологического института Стивенса (США).

До сих пор гравитация остается особым фундаментальным взаимодействием, действие которого нашло объяснение только в классической, но не в квантовой физике. Если поведение сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий можно описать при помощи соответствующих частиц (глюоны, бозоны и фотоны), не исключено, что и за гравитационное взаимодействие отвечает некая элементарная частица — гравитон. Из них могут, к примеру, состоять колоссальные гравитационные волны, возникающие из столкновения сверхмассивных объектов в космосе.

Однако если существование гравитационных волн уже было экспериментально доказано, гравитоны физикам пока не попадались. Команда профессора Пиковски предложила решение, в основе которого акустический резонатор, оснащенный квантовыми датчиками для измерения энергетических состояний, сообщает Phys.org.

«Наше решение похоже на фотоэлектрический эффект, который привел Эйнштейна к квантовой теории света, — пояснил Пиковски, — только вместо электромагнитных волн — гравитационные. Нюанс в том, чтобы обмен энергией между веществом и волнами происходил дискретно — чтобы поглощались и излучались отдельные гравитоны».

Для того чтобы обнаружить гравитоны, физики предлагают охладить вещество и измерить изменения энергии в один этап, а сделать это можно с помощью квантовых датчиков. Наблюдая за квантовыми скачками в веществе, можно понять, был ли поглощен гравитон. Ученые назвали свою идею «гравитационно-фононным эффектом».

Могут способствовать обнаружению гравитона и данные, собранные космической обсерваторией LIGO, наблюдающей за гравитационными волнами. С их помощью ученые рассчитывают провести перекрестную корреляцию, которая позволит изолировать отдельные частицы гравитации.

Единственная загвоздка в том, что достаточно чувствительные квантовые детекторы еще не изобретены. Команда физиков надеется, что ждать придется не долго, и уже в скором времени у них появится возможность проверить свою гипотезу.

Частица гравитон могла бы соединить общую теорию относительности с квантовой механикой, если бы ее существование было экспериментально доказано. Международная команда ученых из Германии, Китая и США пока не смогла этого сделать, но ближе всех подошла к этой цели — в сложном эксперименте, который готовился три года, они обнаружили электроны, которые вели себя как гравитоны.

Источник: ХайТек+