Valurile gravitaționale, sau ondulările în spațiu-timp, alunecă pe Pământ tot timpul, purtând secrete despre univers. Dar până acum câțiva ani, nu puteam detecta deloc aceste unde, și chiar acum, avem doar cea mai de bază abilitate de a detecta întinderea și stoarcerea cosmosului.
Cu toate acestea, un nou vânător de unde gravitaționale propus, care ar măsura modul în care particulele de lumină și gravitația interacționează, ar putea schimba asta. În acest proces, ar putea răspunde la întrebări mari despre energia întunecată și extinderea universului.
Cei trei detectori de pe Pământ astăzi, numiți împreună Interferometru Laser Gravitational-Wave Observatory (LIGO) și Fecioară, funcționează după același principiu: Pe măsură ce o undă gravitațională se deplasează pe Pământ, ea se întinde slab și stoarce spațiul-timp. Măsurând cât timp durează o lumină laser pentru a călători pe distanțe lungi, detectoarele observă când se modifică dimensiunea acelui spațiu-timp. Dar schimbările sunt minime, necesitând detectarea unor echipamente și metode statistice extraordinar de sensibile.
În această nouă lucrare, trei cercetători au propus o nouă metodă radicală: vânarea undelor gravitaționale prin căutarea efectelor interacțiunilor directe între gravitoni - particule teoretice care poartă forța gravitațională - și fotoni, particulele care formează lumină. Studiind acei fotoni după ce au interacționat cu gravitonii, ar trebui să puteți reconstrui proprietățile unei unde gravitaționale, potrivit Subhashish Banerjee, coautor al noii lucrări și fizician la Institutul Indian de Tehnologie din Jodhpur, India. Un astfel de detector ar fi mult mai ieftin și mai ușor de construit decât detectoarele existente, a spus Banerjee.
"Măsurarea fotonilor este un lucru pe care oamenii îl cunosc foarte bine", a declarat Banerjee pentru Live Science. "Este extrem de bine studiat și, cu siguranță, este mai puțin provocator decât un tip LIGO de configurare."
Nimeni nu știe exact cum ar interacționa gravitonii și fotonii, în mare parte pentru că gravitonii sunt încă în întregime teoretici. Nimeni nu a izolat vreodată. Dar cercetătorii din spatele acestei noi lucrări au făcut o serie de predicții teoretice: Când un flux de gravitoni lovește un flux de fotoni, acești fotoni ar trebui să se împrăștie. Și că împrăștierea ar produce un model slab, previzibil - un fizician de tipar ar putea amplifica și studia folosind tehnici dezvoltate de fizicienii cuantici care studiază lumina.
Legarea fizicii lumii cuantice minuscule cu fizica pe scară largă a gravitației și relativității a fost un obiectiv al oamenilor de știință încă de pe vremea lui Albert Einstein. Dar, chiar dacă noua abordare sugerată pentru studierea undelor gravitaționale ar folosi metode cuantice, nu ar rezolva pe deplin acest decalaj pe scară largă pe cont propriu, a spus Banerjee.
"Cu toate acestea, ar fi un pas în această direcție", a adăugat el.
Probând interacțiunile directe ale gravitonilor ar putea rezolva și alte mistere profunde despre univers, a spus el.
În lucrarea lor, autorii au arătat că modul în care lumina se va împrăștia depinde de proprietățile fizice specifice ale gravitonilor. Conform teoriei relativității generale a lui Einstein, gravitonele sunt fără masă și călătoresc cu viteza luminii. Dar, potrivit unei colecții de teorii, cunoscute împreună drept „gravitația masivă”, gravitonele au masă și se mișcă mai lent decât viteza luminii. Aceste idei, cred unii cercetători, ar putea rezolva probleme precum energia întunecată și extinderea universului. Detectarea undelor gravitaționale folosind împrăștierea fotonilor, a spus Banerjee, ar putea avea efectul secundar de a spune fizicienilor dacă gravitația masivă este corectă.
Nimeni nu știe cât de sensibil ar fi un detector de foton-graviton de acest fel, a spus Banerjee. Acest lucru ar depinde mult de proprietățile de proiectare finale ale detectorului și, în acest moment, niciunul nu este în construcție. Cu toate acestea, a spus el, el și cei doi coautori ai săi speră că experimentații vor începe să pună unul la un loc în curând.
