Гравітони розглядаються як квантові носії гравітації, і новий експеримент уперше намагається зробити їх безпосередньо спостережуваними.
Фізики з Технологічного інституту Стівенса та Єльського університету започаткували експериментальну програму з виявлення гравітонів. «Гравітон» — це гіпотетична квантова частинка, що переносить гравітаційну взаємодію. Проєкт очолюють Ігор Піковський та Джек Гарріс. Його мета полягає у подоланні розриву між загальною теорією відносності та квантовою механікою.
«Наша мета — привнести гравітацію в експериментальну квантову фізику», зазначає Піковський. Загальна теорія відносності описує гравітацію як гладку кривизну простору-часу. Квантова механіка, навпаки, оперує дискретними частинками. Квантування гравітації є необхідною умовою створення єдиної фундаментальної теорії.
Довгий час вважалося, що окремі гравітони неможливо виявити. Ситуація змінилася завдяки розвитку гравітаційно-хвильової астрономії та квантової інженерії. «Гравітаційні хвилі» — це брижі простору-часу, спричинені катастрофічними космічними подіями. Поєднання цих підходів відкрило нові експериментальні можливості.
Експеримент базується на резонаторі сантиметрового масштабу, заповненому надплинним гелієм. «Надплинний гелій» — це квантовий стан речовини з нульовою в’язкістю та мінімальною тепловою активністю. Коли через лабораторію проходить гравітаційна хвиля, вона передає резонатору мінімальний квант енергії. Теоретично цей імпульс відповідає одному гравітону.
Отримана енергія перетворюється на фонон — квант механічних коливань. «Ми можемо виміряти цю вібрацію за допомогою лазерів надвисокої точності», пояснює Гарріс. Таким чином стає можливим непряме підрахування гравітонів. Це перша спроба створити фізичний детектор окремих квантів гравітації.
Ключовим завданням залишається масштабування системи. «Ми вже вміємо виявляти одиничні кванти в макроскопічних системах», підкреслює Гарріс. Перехід до грамових мас може забезпечити достатню чутливість. Успіх цього підходу може започаткувати нову еру експериментальної квантової гравітації.