A gravitációs hullámok vagy a téridő hullámai folyamatosan átcsúsznak a Földön, titkokat hordozva az univerzum körül. De néhány évvel ezelőtt egyáltalán nem tudtuk észlelni ezeket a hullámokat, és most is csak a legalapvetőbb képességünk van a kozmosz nyújtásának és megszorításának felismerésére.
Ugyanakkor egy javasolt új gravitációs hullámvadász, amely meg fogja mérni, hogy a fény és a gravitáció miként működnek együtt, megváltoztathatja ezt. A folyamat során nagy kérdésekre tudott válaszolni a sötét energiáról és az univerzum terjeszkedéséről.
A mai három földi detektor, mindkettő Lézer-interferométer Gravitációs Hullám Megfigyelő Intézet (LIGO) és a Szűz, ugyanazon az elv szerint működik: Amint a gravitációs hullám mozog a Földön, halványan nyújtja és szorítja a téridőt. Annak mérésével, hogy mennyi ideig tart egy lézerfény hosszú távolságra, a detektorok észreveszik, amikor a téridő mérete megváltozik. De a változások csak aprók, és rendkívül érzékeny felszerelést és statisztikai módszereket igényelnek a felismeréshez.
Ebben az új cikkben három kutató egy radikális új módszert javasolt: a gravitációs hullámok vadászatát a gravitonok - a gravitációs erőt hordozó elméleti részecskék - és a fényt alkotó fotonok közötti közvetlen kölcsönhatások keresése révén. Amikor megvizsgálja ezeket a fotonokat, miután kölcsönhatásba léptek a gravitonokkal, akkor képesnek kell lennie arra, hogy rekonstruálja a gravitációs hullám tulajdonságait - mondta Subhashish Banerjee, az új cikk társszerzője és a fizikus az indiai Jodhpurban található Indiai Technológiai Intézetben. Egy ilyen detektor sokkal olcsóbb és könnyebben építhető fel, mint a meglévő detektorok - mondta Banerjee.
"A fotonok mérése az, amit az emberek nagyon jól tudnak" - mondta Banerjee a Live Science-nek. "Rendkívül jól tanulmányozott, és határozottan kevésbé kihívást jelent, mint egy LIGO típusú beállítás."
Senki sem tudja pontosan, hogy a gravitonok és a fotonok hogyan hatnak egymásra, nagyrészt azért, mert a gravitonok még mindig teljesen elméleti jellegűek. Soha senki sem izolált. De az új cikk mögött a kutatók elméleti jóslatok sorozatát készítették: Amikor a gravitonok áramlása eléri a fotonok áramát, akkor ezeknek a fotonoknak szétszóródniuk kell. És hogy a szóródás halvány, kiszámítható mintát eredményezne - a mintafizikusok a fényt kutató kvantumfizikusok által kifejlesztett technikák segítségével tovább erősíthetik és tanulmányozhatják.
A tudósok célja Albert Einstein ideje óta az apró kvantum világ fizikájának összekapcsolása a gravitáció és a relativitáselmélet nagyszabású fizikájával. De még ha a gravitációs hullámok tanulmányozására alkalmazott újonnan javasolt megközelítés kvantum módszereket is használna, önmagában nem teljes mértékben áthidalja ezt a kis-nagy méretű rést önmagában - mondta Banerjee.
"Ez azonban egy lépés ebben az irányban" - tette hozzá.
A gravitonok közvetlen kölcsönhatásainak próbája azonban más mély rejtélyeket is megoldhat az univerzumban, mondta.
A szerzők bebizonyították, hogy a fényszórás módja függ a gravitonok konkrét fizikai tulajdonságaitól. Einstein általános relativitáselméletének elmélete szerint a gravitonok tömeg nélküli és a fénysebességgel haladnak. De egy elméletgyűjtemény szerint, amelyeket "masszív gravitációnak" neveznek, a gravitonok tömege és mozgása lassabb, mint a fénysebesség. Egyes kutatók szerint ezek az ötletek megoldhatják a problémákat, például a sötét energiát és az univerzum tágulását. Banerjee szerint a gravitációs hullámok fotonszórásos észlelése mellékhatása lehet annak, ha a fizikusoknak megmondja, hogy a hatalmas gravitáció helyes-e.
Senki sem tudja, milyen érzékeny lesz egy ilyen fotongraviton detektor - mondta Banerjee. Ez nagyban függ az érzékelő végleges tervezési tulajdonságaitól, és jelenleg egyik sem készül. De azt mondta, ő és két társszerzője azt reméli, hogy a kísérleti szakemberek hamarosan összekezdenek.
