Výskumníci sú na stope gravitónu, doteraz nepozorovanej častice gravitácie: Takto ju chcú polapiť!
Nová štúdia prezrádza, ako by sme mohli zaznamenať gravitón, časticu gravitácie, ktorá sa doteraz zdala byť nepozorovateľná.
Výskumníci zo Stockholm University údajne našli spôsob, ako by sme mohli pozorovať gravitón, kvantovú časticu gravitácie, ktorá sa považovala doteraz za nepozorovateľnú.
V novej práci výskumníci demonštrujú spôsob, ako by sme s pomocou kvantovej meracej technológie dokázali túto hypotetickú časticu objaviť.
“Gravitácia je jednou zo základných prírodných síl, no spomedzi všetkých je najslabšia. Môžeme ju pociťovať len keď pracujeme s mimoriadne veľkými hmotnosťami, no na mikroskopickej úrovni nemá takmer žiadnu úlohu. Ak ale veríme kvantovej teórii, potom aj gravitácia musí byť tvorená z drobných kvantizovaných častíc, ktoré nazývame gravitóny,” vysvetľujú autori štúdie.
Rovnako ako sú fotóny častice svetla, tak sú gravitóny častice, z ktorých sa skladajú gravitačné vlny. Nový prístup by nás mohol posunúť bližšie k takzvanej “teórii všetkého”, teda teórii, ktorá spája dva diametrálne odlišné svety, mikroskopický a makroskopický.
Dva nezlučiteľné svety
Kvantová fyzika dokonale vysvetľuje javy, ktoré prebiehajú v škále častíc. Ak by sme ale chceli rovnaké princípy uplatniť na “veľké” veci, napríklad pohyb kozmických telies, tam sa kvantová fyzika rozpadá. Na popisovanie kozmických fenoménov výskumníci používajú všeobecnú teóriu relativity, ktorá ale nevníma gravitáciu ako silu, ale ako deformáciu časopriestoru, ktorú všetky objekty nasledujú. Rovnako ako kvantová fyzika neplatí vo veľkom svete, všeobecná relativita neplatí v tom malom. Teória všetkého je podľa výskumníkov nadchádzajúca teória, ktorá by našla spôsob prepojenia týchto svetov.
Existuje niekoľko rôznych vedeckých hypotéz, ktoré možno považovať za kandidátov na teóriu všetkého a všetky tieto hypotézy sa zhodujú na jednom, že gravitóny musia existovať. Vedecká komunita sa však zhodla na tom, že tieto častice je príliš náročné pozorovať.
Neprehliadnite
Nová štúdia naznačuje, že nič nie je v skutočnosti nemožné. Autori štúdie okrem tvrdenia, že gravitóny vieme skutočne pozorovať, ukázali aj to, ako môžeme vybudovať detektor gravitónov. Takéto zariadenie môže fungovať už v blízkej budúcnosti.
Jednotlivé gravitóny len veľmi ťažko s niečím interagujú. Prechádzajú takmer všetkou hmotou a ich odhalenie sa javí takmer nemožné. Rovnako to ale bolo aj s gravitačnými vlnami, ktoré predpovedal ešte sám Albert Einstein v 20. Storočí. Zachytiť sa ich ale podarilo až v roku 2015. Prvé gravitačné vlny zaznamenal detektor LIGO a vedci veria, že tieto vlny sa skladajú z 1036 gravitónov.
Inšpirácia pre nový detektor jednotlivých gravitónov pochádza z počiatkov kvantovej teórie. V roku 1905 Einstein predpokladal, že sa svetlo musí skladať z nerozdeliteľných kvánt. Dnes vieme, že ide o častice nazvané fotóny. Einstein však túto myšlienku aplikoval na fotoelektrický efekt, kde predpokladalo, že energia medzi svetlom a hmotou sa vymieňa len v malých množstvách.
Nový experiment uzatvorí najväčšiu záhadu modernej fyziky
Autori novej štúdie chcú použiť experiment, ktorý pripomína Einsteinov fotoelektrický efekt. Vedci ale chcú použiť akustické rezonátory a gravitačné vlny, ktoré prechádzajú popri Zemi.
“Prechádzajúca gravitačná vlna jemne deformuje priestor, čo ale vo väčšine prípadov nedokážeme pozorovať. Ak ale vlnu zmeriame dostatočne presne, môžeme si všimnúť, ako sa objekty naťahujú a zmršťujú periodicky. Detektor LIGO meria tieto zmeny meraním vzdialenosti pomocou lasera. Existuje ale aj iný spôsob, použiť masívny vibrujúci objekt,” tvrdia vedci.
Autori štúdie plánujú použiť napríklad ťažký cylinder, ktorý vie rezonovať s gravitačnými vlnami. Ak príde dostatočne silná vlna, potom môže preniesť na cylinder nejakú energiu. Trik je použiť kvantové meracie prístroje, ktoré by vedeli zaznamenať jediný kvantový skok energie. Ten vznikne, keď cylinder vylúči alebo príjme jediný gravitón.
Keďže nemôžeme vytvoriť gravitačné vlny, experiment sa spolieha na to, že popri Zemi prejde extrémne energetická gravitačná vlna. Autori štúdie hovoria, že ich experiment nie je ani zďaleka jednoduchý, no kvantová gravitácia je momentálne jednou z najväčších záhad modernej fyziky. Už čoskoro by sme mohli túto záhadu začať riešiť.
Komentáre