Загадка гравитации: физики намерены найти неуловимую частицу одной из главных сил природы

Во Вселенной существует четыре фундаментальных взаимодействия, которые еще называют главными силами природы. Это сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействие. Квантовая теория объясняет три из четырех сил через взаимодействие частиц, но до сих пор не была обнаружена частица, из которой состоит гравитация. Считается, что гипотетическая частица гравитон представляет собой гравитационные волны, но их еще ни разу не обнаруживали детекторы гравитационных волн. В рамках нового эксперимента физики с использованием звукового резонатора намерены обнаружить отдельные гравитоны и таким образом подтвердить факт их существования, пишет Universe Today.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Одной из главных сил природы является гравитация. Эта сила известная каждому, но физики не до конца понимают, как она работает. Ее влияние очевидно, ведь существует гравитационное притяжение между объектами, обладающими массой. Благодаря гравитации все планеты вращаются вокруг Солнца, Луна вращается вокруг Земли, а люди могут спокойно перемещаться по поверхности нашей планеты.

Одна из проблем, связанных с гравитацией состоит в том, что в отличие от других фундаментальных сил, ее можно объяснить только с помощью классической физики. Квантовая физика может объяснить три другие силы с помощью частиц. У электромагнитного взаимодействия для этого есть фотон, у сильного взаимодействия — глюон, у слабого взаимодействия — W- и Z-бозоны. Но у гравитации нет частиц, которые могли бы ее объяснить с помощью квантовой теории. Хотя есть гипотетическая частица, которая называется гравитон и некоторые физики считают, что именно она составляет гравитацию. Гравитон можно рассматривать как строительный блок гравитации, так же как атомы являются строительными блоками материи.

Существующие детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, могут обнаруживать гравитационные волны, возникающие в время слияния черных дыр и нейтронных звезд. Считается, что гравитон представляет собой гравитационные волны, но пока что их не обнаружили.

Но вскоре ситуация может измениться. Физики из Технологического института Стивенс (США) предлагает новое решение. Используя существующую технологию обнаружения, известной как звуковой резонатор, ученые предлагает добавить улучшенные методы обнаружения энергетического состояния, известные как квантовое зондирование.

По словам физиков, подобное решение похоже на фотоэлектрический эффект, который описал Эйнштейн и применил к квантовой теории света. Но в данном случае гравитационные волны заменяют электромагнитные волны.

Секрет заключается в раздельных состояниях энергии, которыми обмениваются материал и волны при поглощении отдельных гравитонов. Ученые будут использовать новый квантовый детектор для подтверждения обнаружения гравитационных волн, которые являются гравитонами.

Ученые создали устройства, которые представляют собой толстые, тяжелые цилиндрические стержни, чтобы можно было обнаружить гравитоны. Стержни будут размещены в квантовом детекторе, охлаждены до минимально возможного энергетического состояния, а прохождение гравитационной волны заставит их вибрировать. Затем физики хотят измерить вибрацию с помощью сверхчувствительных энергетических детекторов, чтобы увидеть, как вибрации изменяются раздельными состояниями энергии, что может указать на обнаружение гравитона.

Пока что сроков выполнения эксперимента нет, ведь нужно создать дополнительные технологии.

Как уже писал Фокус, физики раскрыли один из секретов взаимодействия плазмы и магнитного поля. Новое открытие также поможет в разгадке тайн сверхмассивных черных дыр.