Физики разработали инновационный метод обнаружения гравитонов - квантовых частиц, ответственных за гравитационное взаимодействие. Команда исследователей во главе с Игорем Пиковски, профессором физики в колледже Стивенса и сотрудником Стокгольмского университета, предложила использовать технику квантового зондирования для регистрации этих неуловимых частиц. Об этом сообщается в журнале Nature Communications.
Предложенный подход основан на принципе, схожем с фотоэлектрическим эффектом, который сыграл ключевую роль в разработке квантовой теории света Эйнштейном. Суть метода заключается в том, что энергетический обмен между материей и волнами происходит дискретно, то есть путем поглощения и испускания отдельных гравитонов.
Для реализации этой идеи ученые предлагают использовать акустический резонатор в виде массивного цилиндра, оснащенного высокоточными квантовыми датчиками. Эти датчики предназначены для отслеживания минимальных изменений энергетического состояния системы. Чтобы повысить чувствительность устройства, материал охлаждается до сверхнизких температур. Это позволяет наблюдать квантовые скачки, возникающие при прохождении гравитационной волны, что указывает на поглощение гравитона.
Исследователи полагают, что их метод может быть применен к уже существующим данным, собранным обсерваторией LIGO. Хотя LIGO успешно регистрирует гравитационные волны, она пока не способна обнаруживать отдельные гравитоны. Предложенное квантовое зондирование могло бы восполнить этот пробел, используя перекрестную корреляцию с данными LIGO для выделения сигналов индивидуальных гравитонов.
Для оптимизации параметров эксперимента ученые провели математическое моделирование, основываясь на данных о гравитационных волнах от столкновения нейтронных звезд, зафиксированных на Земле в 2017 году. Они предложили использовать специальные цилиндрические стержни, подобные стержням Вебера, которые теоретически способны поглощать и испускать гравитоны аналогично тому, как фотоны взаимодействуют с веществом.
Несмотря на то, что технология, необходимая для реализации эксперимента, пока не существует, исследователи уверены в работоспособности своего метода. Они предполагают, что дальнейшее развитие квантовых технологий в ближайшем будущем позволит обнаружить отдельные гравитоны, что станет важным шагом на пути к объединению теории гравитации и квантовой механики.
