Новый эксперимент может наконец обнаружить «гравитационные частицы» (гравитоны)

Физики вплотную приблизились к разгадке одной из главных тайн мироздания: впервые предложен реалистичный сценарий регистрации единичного гравитона — кванта гравитационного поля. Группа исследователей из Стокгольмского университета и Технологического института Стивенса разработала методику, сочетающую массивный акустический резонатор (стержень Вебера) с квантовым детектором сверхчувствительного уровня. По мнению авторов, такой эксперимент, долгое время считавшийся невозможным, может быть осуществлён в обозримом будущем благодаря прогрессу в квантовых технологиях.

Как «поймать» неуловимое: от фотоэффекта к гравитону

Идея основана на принципе, напоминающем фотоэлектрический эффект Эйнштейна, но с заменой электромагнитных волн на гравитационные. Ключевой элемент установки — охлаждённый до основного энергетического состояния цилиндр массой около тонны. При прохождении гравитационной волны стержень начинает слабо вибрировать. Задача сверхчувствительных квантовых датчиков — зафиксировать не постепенное изменение энергии, а дискретные «квантовые скачки», каждый из которых соответствует поглощению единственного гравитона. Таким образом, регистрация одного кванта становится возможной, поскольку макроскопический объект гораздо эффективнее взаимодействует с гравитацией, чем одиночные атомы.

Данные LIGO как ключ к разгадке

Для первого эксперимента учёные предлагают использовать архивные данные обсерватории LIGO, зафиксировавшие слияние нейтронных звёзд в 2017 году. Планируется провести кросс-корреляцию сигналов от гравитационно-волнового детектора с показаниями нового квантового датчика. Это позволит выделить единичные гравитоны на фоне шумов. Авторы признают, что необходимая технология квантового детектирования пока не создана, однако темпы развития этой области позволяют рассчитывать на её появление в ближайшие годы. Подобные попытки объединить общую теорию относительности с квантовой механикой предпринимаются десятилетиями. Ранее основным препятствием считалась невозможность заставить отдельные атомы взаимодействовать с гравитоном. Обнаружение квантовых эффектов в макроскопических телах полностью меняет правила игры, открывая путь к экспериментальной проверке квантовой природы гравитации. Если гипотеза подтвердится, это станет не просто открытием новой частицы, а мостом между двумя фундаментальными теориями современной физики, который долгое время считался непреодолимым.