Группа ученых под руководством профессора физики Игоря Пиковски из колледжа Стивенса и сотрудника Стокгольмского университета разработала метод для обнаружения отдельных гравитонов – квантовых частиц, которые вызывают гравитационное взаимодействие. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Физики создали способ детектирования одиночных гравитонов с помощью квантового зондирования, основанного на явлении, аналогичном фотоэлектрическому эффекту. Этот эффект был открытым Альбертом Эйнштейном и позволил разработать квантовую теорию света. Основная идея заключается в том, что обмен энергией между материалом и волнами происходит с помощью дискретных шагов, то есть поглощение и испускание отдельных гравитонов.
Для реализации этого метода используется акустический резонатор – тяжелый цилиндр с сверхчувствительными квантовыми датчиками для отслеживания изменений энергетического состояния. Материал охлаждается до очень низкой температуры, что позволяет наблюдать квантовые скачки, возникающие при прохождении гравитационной волны и указывающие на поглощение гравитона.
Ученые предполагают, что их метод может быть использован для улучшения точности обнаружения гравитонов с помощью данных, собранных обсерваторией LIGO. Обсерватория LIGO успешно регистрирует гравитационные волны, однако пока не способна детектировать отдельные гравитоны. Предложенное квантовое зондирование может решить эту задачу при условии использования перекрестной корреляции с данными LIGO для изоляции сигналов отдельных гравитонов.
Для математического моделирования были рассчитаны параметры, которые максимизируют вероятность поглощения гравитона. Эти параметры были проанализированы на основе данных гравитационных волн от столкновения нейтронных звезд, измеренных на Земле в 2017 году. Было предложено использовать специальные цилиндрические стержни, аналогичные стержням Вебера, которые могут поглощать и испускать гравитоны по аналогии с взаимодействием световых квантов с материей.
Хотя необходимая для реализации этого эксперимента технология еще не существует, ученые уверены в эффективности данного метода. Они полагают, что будущее развитие квантовых технологий позволит вскоре обнаружить отдельные гравитоны и сделать первый шаг к объединению гравитации и квантовой механики.
Источник: https://lenta.ru/news/2024/08/29/graviton/
