Гравітон – частинка, що відповідає за гравітаційну взаємодію – була запропонована фізиками близько ста років тому і могла б поєднати загальну теорію відносності з квантовою механікою, якби її існування було експериментально доведено.
Міжнародна команда вчених із Німеччини, Китаю та США поки що не змогла цього зробити, але ближче за всіх підійшла до цієї мети – у складному експерименті, який готували три роки, вони виявили електрони, які поводилися як гравітони. Тепер справа за повторними експериментами і незалежним підтвердженням їхнього результату.
У загальній теорії відносності Альберт Ейнштейн описав гравітацію як порушення простору-часу, викликане масою та енергією. ЗТВ прекрасно описує гравітацію в макросвіті, але на квантовому рівні починаються труднощі. Одним із варіантів їх подолання можуть бути гравітони, частинки, позбавлені маси, що рухаються зі швидкістю світла. Щоправда, раніше ніхто їх не спостерігав.
Однак 2019 року Ду та його колеги спостерігали у квантових матеріалах феномен збудження, який, як припустили фізики-теоретики, вказує на існування гравітонів. Слід було провести експеримент, щоб внести ясність у це питання, але вимоги були занадто високими. Устаткування мало перебувати в холодильній камері з температурою близько абсолютного нуля і піддаватися впливу магнітного поля, що в 100 тисяч разів потужніший за поле Землі. Деякі умови експерименту взагалі суперечили одна одній: наприклад, для проведення оптичних вимірювань потрібні були вікна, але через них могла підвищитися температура всередині камери.
Проте за три роки роботи вчені підготували все необхідне для проведення цього складного експерименту, розповідає SCMP. Вони використовували плоский лист напівпровідникового матеріалу арсеніду галію, який під дією низької температури і магнітного поля демонструє квантовий ефект Холла. Електрони в напівпровіднику почали взаємодіяти між собою і рухатися надзвичайно організовано, як рідина.
Потім учені освітили матеріал точно налаштованим лазером, щоб вивчити потенційне збудження електронів. Вони виявили, що електрони виконують так званий квантовий спін другого типу, який притаманний тільки гравітонам. Вимірювання імпульсу та енергії електронів підтвердили, що частинки поводяться як гравітони.
Вчені розраховують продовжити полювання на гравітони і сподіваються зробити на шляху безліч відкриттів у квантовій фізиці.
Електрони у твердих тілах можуть поводитися дивним чином: формувати частинку без маси, з нейтральним зарядом, яка не взаємодіє зі світлом. Такі частинки були названі “демонами Пайнса”. Їх описали в середині минулого століття, а виявили лише нещодавно.