Загадка гравітації: фізики мають намір знайти невловиму частинку однієї з головних сил природи

У Всесвіті існує чотири фундаментальні взаємодії, які ще називають головними силами природи. Це сильна, слабка, електромагнітна та гравітаційна взаємодія. Квантова теорія пояснює три з чотирьох сил через взаємодію частинок, але досі не було виявлено частинку, з якої складається гравітація. Вважається, що гіпотетична частинка гравітон являє собою гравітаційні хвилі, але їх ще жодного разу не виявляли детектори гравітаційних хвиль. У рамках нового експерименту фізики з використанням звукового резонатора мають намір виявити окремі гравітони і таким чином підтвердити факт їхнього існування, пише Universe Today.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Однією з головних сил природи є гравітація. Ця сила відома кожному, але фізики не до кінця розуміють, як вона працює. Її вплив очевидний, адже існує гравітаційне тяжіння між об'єктами, що мають масу. Завдяки гравітації всі планети обертаються навколо Сонця, Місяць обертається навколо Землі, а люди можуть спокійно переміщатися поверхнею нашої планети.

Одна з проблем, пов'язаних із гравітацією, полягає в тому, що на відміну від інших фундаментальних сил, її можна пояснити тільки за допомогою класичної фізики. Квантова фізика може пояснити три інші сили за допомогою частинок. У електромагнітної взаємодії для цього є фотон, у сильної взаємодії — глюон, у слабкої взаємодії — W- і Z-бозони. Але гравітація не має частинок, які могли б її пояснити за допомогою квантової теорії. Хоча є гіпотетична частинка, яка називається гравітон і деякі фізики вважають, що саме вона складає гравітацію. Гравітон можна розглядати як будівельний блок гравітації, так само як атоми є будівельними блоками матерії.

Наявні детектори гравітаційних хвиль, такі як LIGO, можуть виявляти гравітаційні хвилі, що виникають під час злиття чорних дір і нейтронних зірок. Вважається, що гравітон являє собою гравітаційні хвилі, але поки що їх не виявили.

Але незабаром ситуація може змінитися. Фізики з Технологічного інституту Стівенс (США) пропонує нове рішення. Використовуючи наявну технологію виявлення, відому як звуковий резонатор, вчені пропонує додати поліпшені методи виявлення енергетичного стану, відомі як квантове зондування.

За словами фізиків, таке рішення схоже на фотоелектричний ефект, який описав Ейнштейн і застосував до квантової теорії світла. Але в цьому разі гравітаційні хвилі замінюють електромагнітні хвилі.

Секрет полягає в роздільних станах енергії, якими обмінюються матеріал і хвилі під час поглинання окремих гравітонів. Вчені використовуватимуть новий квантовий детектор для підтвердження виявлення гравітаційних хвиль, які є гравітонами.

Вчені створили пристрої, які являють собою товсті, важкі циліндричні стрижні, щоб можна було виявити гравітони. Стрижні будуть розміщені в квантовому детекторі, охолоджені до мінімально можливого енергетичного стану, а проходження гравітаційної хвилі змусить їх вібрувати. Потім фізики хочуть виміряти вібрацію за допомогою надчутливих енергетичних детекторів, щоб побачити, як вібрації змінюються роздільними станами енергії, що може вказати на виявлення гравітона.

Поки що термінів виконання експерименту немає, адже потрібно створити додаткові технології.

Як уже писав Фокус, фізики розкрили один із секретів взаємодії плазми і магнітного поля. Нове відкриття також допоможе в розгадці таємниць надмасивних чорних дір.