Για πάνω από έναν αιώνα, τα βαρυτόνια – τα υποθετικά σωματίδια που μεταφέρουν τη δύναμη της βαρύτητας – παραμένουν αδιάκριτα, ασύλληπτα.
Για πάνω από έναν αιώνα, τα βαρυτόνια – τα υποθετικά σωματίδια που μεταφέρουν τη δύναμη της βαρύτητας – παραμένουν αδιάκριτα, ασύλληπτα. Ωστόσο, μια νέα μελέτη από το Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης υπόσχεται να ρίξει φως σε αυτά τα μυστηριώδη σωματίδια με έναν καινοτόμο πειραματικό σχεδιασμό.
Στην ίδια λογική που τα φωτόνια μεταφέρουν την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, η βαρυτική δύναμη θα μπορούσε θεωρητικά να έχει τα δικά της σωματίδια, τα βαρυτόνια. Το πρόβλημα είναι ότι τα σωματίδια της βαρύτητας αλληλεπιδρούν τόσο αδύναμα που δεν έχουν ανιχνευθεί ποτέ, και κάποιοι φυσικοί πιστεύουν ότι αυτό μπορεί να συνεχιστεί για πάντα.
Ερευνητές από τη Στοκχόλμη είναι πιο αισιόδοξοι. Περιγράφουν ένα πείραμα που θα μπορούσε να μετρήσει το λεγόμενο «βαρυτοφωνικό αποτέλεσμα» και να ανιχνεύσει για πρώτη φορά μεμονωμένα βαρυτόνια. Το πείραμα περιλαμβάνει την ψύξη μιας τεράσεις μπάρας αλουμινίου, βάρους 1.800 κιλών, σχεδόν στους -273°C, και τη σύνδεσή της με συνεχείς κβαντικούς αισθητήρες.
Όταν ένα βαρυτικό κύμα διαπερνά το αλουμίνιο, το όργανο θα δονείται σε εξαιρετικά μικρές κλίμακες, και οι αισθητήρες θα μπορούσαν να παρατηρήσουν μια σειρά από διακριτά βήματα μεταξύ ενεργειακών επιπέδων. Κάθε ένα από αυτά τα βήματα θα αντιστοιχεί στην ανίχνευση ενός σωματιδίου της βαρύτητας.
Οποιοδήποτε πιθανό σήμα θα μπορούσε στη συνέχεια να συγκριθεί με τα δεδομένα από τη μονάδα LIGO για να διασφαλιστεί ότι προέρχεται από ένα βαρυτικό κύμα και όχι από παρεμβολές.
Αν και το πείραμα είναι εντυπωσιακά κομψό, υπάρχει ένα πρόβλημα: οι ευαίσθητοι κβαντικοί αισθητήρες που απαιτούνται δεν υπάρχουν ακόμη. Ωστόσο, οι ερευνητές πιστεύουν ότι η κατασκευή τους είναι εφικτή στο άμεσο μέλλον.
«Είμαστε σίγουροι ότι το πείραμα θα λειτουργήσει», λέει ο θεωρητικός φυσικός Thomas Beitel. «Τώρα που γνωρίζουμε ότι τα βαρυτόνια μπορούν να ανιχνευτούν, έχουμε πρόσθετο κίνητρο για την ανάπτυξη της κατάλληλης τεχνολογίας κβαντικών αισθητήρων. Με λίγη τύχη, θα μπορέσουμε σύντομα να αιχμαλωτίσουμε μεμονωμένα βαρυτόνια.»
Η βαρύτητα είναι η πιο οικεία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φυσικής, αλλά παραμένει η πιο μυστηριώδης. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη έχει το φωτόνιο, η ασθενής έχει τα W και Z μποζόνια, και η ισχυρή έχει το γλουόνιο. Σύμφωνα με κάποια μοντέλα, η βαρύτητα (βαρυτική δύναμη) θα έπρεπε να έχει το βαρυτόνιο. Χωρίς αυτό, είναι πολύ πιο δύσκολο να ενσωματωθεί η βαρύτητα στο Καθιερωμένο Μοντέλο της κβαντικής θεωρίας.
Αυτό το νέο πείραμα θα μπορούσε να βοηθήσει, επαναφέροντας ειρωνικά ορισμένα από τα πρώτα πειράματα στον τομέα. Από τη δεκαετία του 1960, ο φυσικός Joseph Weber προσπάθησε να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα χρησιμοποιώντας στερεούς κυλίνδρους αλουμινίου, οι οποίοι ήταν αναρτημένοι από ατσάλινες συρμάτινες συνδέσεις για να τους απομονώσουν από θόρυβο.
Αν τα βαρυτικά κύματα περνούσαν, η ιδέα ήταν ότι θα προκαλούσαν δονήσεις στους κυλίνδρους που θα μετατρέπονταν σε μετρήσιμα ηλεκτρικά σήματα.
Με αυτή τη διάταξη, ο Weber ισχυρίστηκε ότι ανίχνευσε βαρυτικά κύματα το 1969, αλλά τα αποτελέσματά του δεν μπορούσαν να αναπαραχθούν και οι μέθοδοι του αργότερα αμφισβητήθηκαν. Το φαινόμενο παρέμεινε αόρατο μέχρι την ανίχνευσή του από το LIGO το 2015.
Ο τελευταίος «γρίφος» είναι οι ευαίσθητοι κβαντικοί αισθητήρες. Ευτυχώς, η ομάδα πιστεύει ότι η τεχνολογία αυτή δεν απέχει πολύ από την επίτευξη και αν έχει δίκιο σύντομα θα βιώσουμε την αποκάλυψη του σωματιδίου της βαρύτητας.
«Τα κβαντικά άλματα έχουν παρατηρηθεί πρόσφατα σε υλικά, αλλά όχι ακόμη στις μάζες που χρειαζόμαστε», λέει ο φυσικός Germain Tobar από το Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης.
«Αλλά η τεχνολογία εξελίσσεται πολύ γρήγορα, και έχουμε περισσότερες ιδέες για το πώς να το κάνουμε πιο εύκολο.»
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications.
Πηγή:techmaniacs