Kvantový experiment by mohol konečne odhaliť nepolapiteľné gravitóny

Gravitón – hypotetická častica, ktorá je nositeľom gravitačnej sily – uniká detekcii viac ako storočie. Teraz však fyzici navrhli experiment, ktorý by teoreticky mohol odhaliť tieto malé kvantové objekty. Rovnako ako fotóny sú nosičmi sily pre elektromagnetické pole, gravitačné polia by teoreticky mohli mať svoje vlastné častice prenášajúce silu, nazývané gravitóny. Problém je v tom, že interagujú tak slabo, že ich nikdy nezistili.

Nová štúdia vedená Štokholmskou univerzitou je však optimistickejšia. Tím opísal experiment, ktorý by mohol merať to, čo nazývajú „gravitačno-fonónový efekt“, a po prvýkrát zachytiť jednotlivé gravitóny. Experiment by si vyžadoval ochladenie veľkej, 1800-kilogramovej hliníkovej tyče kúsok nad absolútnu nulu, jej pripojenie ku kontinuálnym kvantovým senzorom a trpezlivé čakanie, kým ju zaplavia gravitačné vlny. 

Keď sa tak stane, prístroj bude vibrovať na veľmi malej škále, ktorú by senzory mohli vidieť ako sériu diskrétnych krokov medzi energetickými hladinami. Každý z týchto krokov (alebo kvantových skokov) by znamenal detekciu jediného gravitónu. Má to však jeden háčik – také citlivé kvantové senzory v skutočnosti ešte neexistujú. Tím však verí, že ich zhotovenie by malo byť možné v blízkej budúcnosti.

Zo štyroch základných fyzikálnych síl je gravitácia tá, s ktorou sa stretávame na dennej báze, no v mnohých ohľadoch zostáva najzáhadnejšou. Elektromagnetizmus má fotón, slabá interakcia má bozóny W a Z a silná interakcia má gluón, takže podľa niektorých modelov by gravitácia mala mať gravitón. Bez neho je oveľa ťažšie zabezpečiť fungovanie gravitácie so štandardným modelom kvantovej teórie.

Fyzik Joseph Weber sa pokúšal nájsť gravitačné vlny už v šesťdesiatych rokoch pomocou pevných hliníkových valcov, ktoré boli zavesené na oceľovom drôte, aby ich izolovali od hluku pozadia. Trval síce na tom, že zistil gravitačné vlny už v roku 1969, ale jeho výsledky nebolo možné replikovať. Umožniť by to mohla modernizácia jeho experimentu v 21. storočí.

Kryogénne chladenie spolu s ochranou pred hlukom a inými zdrojmi vibrácií udržiava atómy hliníka v čo najväčšom pokoji, takže potenciálne signály sú jasnejšie. A užitočné je mať poruke aj potvrdený detektor gravitačných vĺn. Vedci tvrdia, že najsľubnejšími kandidátmi sú gravitačné vlny zo zrážok medzi pármi neutrónových hviezd v dosahu detekcie LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Pri každej udalosti by hliníkom prešiel približne 1 undecilión gravitónov (čo je 1 nasledovaná 36 nulami), ale absorbovaná by bola len hŕstka. Posledným kúskom skladačky sú spomínané kvantové senzory. Tím však verí, že sú už na dosah. Výskum bol publikovaný v časopise Nature Communications.

Zdroj: sciencealert.com.

_{^{Zdroj Foto: Pikovski Research Group, freepik.com.}}