Punând o față numelui
Concluzie: De zeci de ani, fizicienii au încercat să rezolve unul dintre cele mai mari mistere din știință: cum funcționează gravitația la cele mai mici scări guvernate de mecanica cuantică. Deși avem teorii care explică efectele gravitației asupra obiectelor mari precum planetele și stelele, încă nu înțelegem pe deplin cum funcționează ea la nivel subatomic.
Ideea principală este că gravitația provine din schimbul de particule ipotetice „graviton”, la fel cum electromagnetismul apare din schimbul de fotoni. Cu toate acestea, gravitonii au fost întotdeauna considerați prea greu de observat, deoarece interacționează cu materia foarte slab, similar neutrinilor.
Recent, o echipă de cercetători condusă de Igor Pikovski a publicat o lucrare în Nature Communications care demonstrează modul în care gravitonii ar putea fi detectabili experimental folosind tehnici de detecție cuantică. Cu alte cuvinte, oamenii de știință ar putea în curând să „vadă” gravitația.
Echipa lui Pikovski și-a dat seama că ar putea adapta un vechi concept de fizică – efectul fotoelectric, explicat pentru prima dată de Einstein în 1905 – pentru a detecta gravitația. Einstein a teoretizat că lumina este compusă din pachete minuscule, indivizibile, numite fotoni. El a folosit această idee pentru a explica efectul fotoelectric, prezicând că energia este schimbată între lumină și materie doar în cantități discrete. În ciuda rezistenței inițiale, această teorie s-a dovedit în cele din urmă a fi revoluționară.
„Soluția noastră imită efectul fotoelectric, dar folosim rezonatoare acustice și unde gravitaționale care trec pe Pământ”, a explicat doctorandul Germain Tobar, co-autor al studiului. „Noi îl numim efectul „gravito-fononic”.
Iată cum ar funcționa: luați un cilindru extrem de masiv format din bare de aluminiu de 4.000 de lire și răciți-l la cea mai scăzută stare de energie cuantică. Când trece o undă gravitațională energetică, aceasta ar trebui să distorsioneze ușor cilindrul, întinzându-l și strângându-l alternativ.
Prin monitorizarea vibrațiilor cilindrului, cercetătorii prezic că pot fi detectate ocazional „sărituri cuantice” minuscule în energia acestuia – fiecare reprezentând absorbția sau emisia unui singur graviton de la unda gravitațională care trece.
Singura captură este că citirile semnificative ar avea loc numai de la evenimente care produc unde gravitaționale excepțional de puternice. Astfel, cercetătorii vor trebui să se bazeze pe evenimente semnificative, cum ar fi celebra coliziune a stelei cu neutroni din 2017, care ar trebui să furnizeze mai mult decât suficienți gravitoni pentru a avea șanse rezonabile de a observa acest efect. De asemenea, ei intenționează să folosească observatoarele existente ale undelor gravitaționale pentru a îmbunătăți detectarea.
„Așteptăm până când LIGO detectează o undă gravitațională care trece și observăm cum produce salturi cuantice în detectorul nostru în același timp”, a explicat Thomas Beitel, un alt coautor. LIGO înseamnă „Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory” și este în prezent cel mai mare observator de unde gravitaționale din lume.
Chiar și cu acest sprijin, cercetătorii recunosc că ideea lor reprezintă o provocare tehnică extraordinară, împingând detecția cuantică să lucreze cu mase mai mari decât oricând.
