Лаборатория вместо Юпитер: физиците са намерили начин да открият гравитона
Изследователите считат, че квантовата физика може да изясни гравитацията.
Идеята за откриването на гравитон – хипотетичната парченце, за която се счита, че носи силата на гравитацията – от дълго време притегля учените, само че се счита за непрактична. По принцип, в случай че държанието на мощното, слабото и електромагнитното взаимоотношение може да се опише благодарение на съответните частици (глюони, бозони и фотони), не е изключено някаква обикновена парченце – гравитон – да дава отговор за гравитационното взаимоотношение.
Теоретичните калкулации посочваха, че за регистрирането на един ще е належащо оборудване с размерите на Земята, въртяща се към Слънцето, и даже тогава частицата може да бъде открита единствено един път на милиард години. Алтернативно пресмятане, показано в друго проучване, демонстрира, че за провеждането на опита в границите на едно десетилетие ще е нужен детектор с размерите на Юпитер, освен това наоколо до неутронна звезда.
Едно неотдавнашно предложение обаче оспорва това обичайно разбиране. Екип от физици е създал нов способ, учреден на композиция от актуалните знания за гравитационните талази – трептения в тъканта на пространство-времето – и напредъка в квантовата технология. Предложеният способ дава вяра за разкриване на гравитон или най-малко на квантово събитие, което е тясно обвързвано с него. Експериментът е широкомащабен и комплициран тест, само че теоретично може да се организира в границите на елементарна лаборатория и да завърши за няколко години дейни проучвания.
Според общата доктрина на относителността на Алберт Айнщайн гравитацията се изяснява като гладко деформиране на пространство-времето, за разлика от други фундаментални сили като електромагнетизма, които са кванти сила. Потвърждаването на съществуването на гравитона би потвърдило, че гравитацията също е формирана от квантови частици, което доста би трансформирало визията за природата на тази мощ. В продължение на десетилетия учените се пробват да разгадаят квантовата природа на гравитацията и в случай че откриването на гравитона се окаже сполучливо, това ще бъде знакова стъпка напред, потвърждаваща теоретичната им работа.
Въпреки че препоръчаният опит наподобява изпълним, точната интерпретация на резултатите може да се окаже сложна. Най-простото пояснение за позитивния резултат включва потвърждаване на съществуването на гравитони. Въпреки това физиците са открили, че сходни резултати могат да бъдат интерпретирани и по други способи, като не е наложително да демонстрират съществуването на квантови гравитационни частици.
Експерименталното проучване на гравитацията се усложнява от обстоятелството, че тази мощ е извънредно слаба. Значителното деформиране на пространство-времето изисква големи маси като планети или звезди. Докато електромагнитната мощ е задоволително мощна, с цел да може дребен магнит да задържи предмети върху железна повърхнина, гравитацията изисква огромни мащаби, с цел да се прояви. Така да вземем за пример, с цел да записват гравитационните талази, породени от конфликт на черни дупки, учените се нуждаят от съоръжения като лазерния интерферометър LIGO, дълги няколко километра. Очаква се откриването на един обособен гравитон да се окаже още по-трудно, съвсем като опит да се улови една молекула в гигантска океанска вълна.
През последните години обаче напредъкът в пробната технология ненапълно улесни нещата. На първо място, обсерваторията LIGO стартира постоянно да улавя гравитационни талази от черни дупки и неутронни звезди, които обезпечават по-силни съмнения на пространство-времето от естествената звездна интензивност и по този метод по-голям късмет за разкриване. Второ, напредъкът в квантовата технология разрешава на експериментаторите да построяват и управляват комплицирани квантови системи, които евентуално могат да улавят гравитационните взаимоотношения.
В един неотдавна препоръчан опит учените възнамеряват да употребяват плочка берилий с тегло към 15 кг, охладена до съвсем безспорна нула, при което тя доближава минималното си енергийно положение. В това положение атомите на берилия работят като единична квантова система, способна да улавя слабите флуктуации в пространство-времето. Според изчисленията към една на всеки три гравитационни талази, основани от сливането на неутронни звезди, може да накара берилиевото тяло да се колебае с един квант сила, което би посочило квантово взаимоотношение. Такъв резултат би посочил, че гравитацията може да се демонстрира под формата на кванти.
Този опит няма да даде финален отговор на въпроса за квантовата природа на гравитацията, защото има различни пояснения за получените резултати, които не изискват квантова интерпретация на гравитацията. Въпреки това доста учени виждат в него допустимо начало на нова епоха в проучването на квантовата гравитация. Докато в предишното сходни проучвания изглеждаха необикновено сложни, в този момент, с помощта на напредъка в квантовите технологии, възможностите за реализирането им наподобяват доста по-реалистични.
Бъдещите опити могат да бъдат ориентирани към потвърждаване на по-сложни квантови феномени като суперпозиция и усложнение в гравитационните взаимоотношения. Доказването на сходни феномени доста би укрепило позициите на квантовата доктрина на гравитацията и учените към този момент създават вероятни способи за тяхното тестване. Въпреки че нито един от тези опити не може да даде безусловно стоманени доказателства, всеки от тях ще бъде забележителна стъпка към разбирането на фундаменталните свойства на гравитацията – най-слабата известна мощ.
Масивен блок берилий, охладен до краен лимит, може да бъде първият на практика инструмент, който физиците да употребяват, с цел да създадат първите стъпки към разбирането на квантовата природа на гравитацията. Този опит ще бъде отправната точка, която ще подтикне научната общественост към по-нататъшни проучвания и вероятното разкриване на нови закони на физиката, които ще оказват помощ да се отговори на античните въпроси за структурата на Вселената.
