شناسایی ذره جاذبه غیرممکن به واسطه روش نوآورانه در دسترس است
تیمی از فیزیکدانان دانشگاه استکهلم یک پیشنهاد نوآورانه ارائه داده‌اند: روشی برای شناسایی تک‌گرانش‌ها. جالب است که «این ذرات نجومی غیرقابل مشاهده تصور می‌شدند» تا به حال.
برای زمینه، گرانش‌ها ذرات تئوری هستند که به‌عنوان ساختمان‌های جاذبه شناخته می‌شوند. دانشمندان مدت‌ها تلاش کرده‌اند تا شکاف بین جاذبه و مکانیک کوانتومی را پر کنند.
«اگر به نظریه کوانتوم باور داریم، حتی جاذبه باید از ذرات کوچک و کمی‌شده ساخته شده باشد - گرانش‌ها،» فیزیکدانان می‌گویند.
اما «تک‌گرانش‌ها تقریباً با هیچ چیزی تعامل ندارند. آنها تقریباً از تمام ماده به‌هنگام عبور از جهان جابجایی می‌کنند. شناسایی آنها غیرممکن به‌نظر می‌رسید،» تیم پژوهشی در یک بیانیه مطبوعاتی افزود.
راه‌حل پیشنهادی
اکنون، تیم پژوهشی به رهبری پروفسور فیزیک استیونس، ایگور پیکوفسکی، «چگونگی ساخت یک آشکارساز تک‌گرانشی را که می‌تواند امکان شناسایی گرانش‌ها را فراهم کند» را ارائه داده‌اند.
روش آنها از پیشرفت‌های اخیر در زمینه حسگرهای کوانتومی و مطالعه اشیاء کوانتومی ماکروسکوپی بهره می‌برد.
این اشیاء، به‌اندازه کافی بزرگ برای دیده‌شدن با چشم عادی و در عین حال نمایش رفتار کوانتومی، برای شناسایی گرانش‌ها ایده‌آل هستند به‌دلیل تعامل قوی آنها با جاذبه.
پیشنهاد تیم بر مبنای تکنولوژی‌های موجود مانند تشدیدگرهای صوتی و میله‌های وبر است.
آشکارساز با خنک کردن یک شی کوانتومی ماکروسکوپی به حالت انرژی پایین‌ترین و سپس در معرض امواج گرانشی قرار دادن آن کار می‌کند.
«ما باید ماده را خنک کنیم و سپس دیدار کنیم که چطور انرژی در یک قدم تغییر می‌کند، و این می‌تواند از طریق حسگرهای کوانتومی به‌دست آید،» دکتر پسا دکترا سریناث مانیکاندان توضیح داد.
اثر «گراویتو-فونونیک»
دانشمندان فرض می‌کنند که وقتی یک گرانش با شی تعامل می‌کند، باعث یک تغییر دقیق در انرژی آن می‌شود، پدیده‌ای که آنها آن را «پرش کوانتومی» می‌نامند.
این تحریف معمولاً خیلی کوچک برای تشخیص است، اما با دقت دیدن این پرش‌های کوانتومی، تیم معتقد است که می‌تواند جذب یک گرانش واحد را تشخیص دهند.
این اثر «گراویتو-فونونیک» شباهتی به اثر فتوالکتریک دارد، جایی که نور با ماده به‌صورت دیجیتالی تعامل می‌کند.
«راه‌حل ما مشابه اثر فتوالکتریک است، اما ما از تشدیدگرهای صوتی و امواج گرانشی که از زمین عبور می‌کنند استفاده می‌کنیم،» گفت دانشجوی دکترا ژرمن توبار. «ما آن را اثر 'گراویتو-فونونیک' نامیدیم.»
استفاده از داده‌های LIGO
برای افزایش شانس شناسایی گرانش‌ها، تیم پیشنهاد استفاده از داده‌های رصدخانه تداخل‌سنج لیزری امواج گرانشی (LIGO) را داده است. LIGO برای شناسایی نوآورانه امواج گرانشی مشهور است، اما نمی‌تواند به‌طور مستقیم تک‌گرانش‌ها را شناسایی کند.
قابل‌ذکر است که طبق تیم، شناسایی یک تک‌گرانش نیازی به امواج گرانشی بسیار پرانرژی دارد. این به‌دلیل این است که تعامل بین یک تک‌گرانش و ماده به‌طور باورنکردنی ضعیف پیش‌بینی می‌شود.
بعلاوه، نمی‌توانیم به‌صورت دلخواه امواج گرانشی در یک آزمایشگاه ایجاد کنیم. آنها توسط وقایع عظیم کیهانی مثل برخورد سیاه‌چاله‌ها یا ستاره‌های نوترونی تولید می‌شوند.
با این حال، با دقت تطابق داده‌های LIGO با اندازه‌گیری‌های آشکارساز پیشنهادی‌شان، تیم معتقد است که می‌تواند امضاء تعامل یک تک‌گرانش را جدا و تأیید کند.
«ما می‌توانیم این دو مشکل را با استفاده از رصدخانه‌های موج گرانشی موجود حل کنیم،» بیان کرد دانشجوی دکترا توماس بایتل.
«ما منتظر می‌مانیم تا LIGO یک موج گرانشی عبوری را شناسایی کند و ببینیم که چگونه در همان زمان پرش‌های کوانتومی در آشکارساز ما ایجاد می‌شود.»
جستجو برای نظریه متحد
در حالی‌که چارچوب نظری آزمایش محکم است، تکنولوژی برای شناسایی این گرانش‌ها هنوز یک چالش فوق‌العاده باقی می‌ماند. سطح لازم از توانایی‌های حسگرهای کوانتومی هنوز به‌طور کامل توسعه نیافته است.
با این حال، تیم خوش‌بین است و اکنون بر طراحی یک آزمایش مشخص با استفاده از داده‌های امواج گرانشی که در زمین شناسایی شده‌اند متمرکز است.
تحقیق در مورد شناسایی گرانش‌ها برای بیش از یک قرن ادامه داشته است. نظریه نسبیت اینشتین فهم ما از جاذبه را متحول کرد، آن را به‌عنوان انحنای فضازمان توصیف کرد.
با این حال، جاذبه تنها نیروی بنیادی است که به‌طور کامل توسط نظریه کوانتومی توضیح داده نشده است. شناسایی موفقیت‌آمیز یک گرانش می‌تواند یک گام مهم به‌سمت یک نظریه متحد برای همه چیز باشد.
