În univers există patru forțe fundamentale: forța nucleară tare, forța nucleară slabă, forța electromagnetică și gravitația. Teoria cuantică explică trei dintre aceste patru forțe prin intermediul interacțiunilor particulelor, însă oamenii de știință nu au putut descoperi până acum particula corespunzătoare gravitației. Se crede că gravitonul, particula fundamentală a gravitației, alcătuiește undele gravitaționale, deși nu a fost detectat de vreun detector de unde gravitaționale.
Deși gravitația este bine cunoscută de comunitatea științifică, modul său de funcționare nu este înțeles pe deplin. Efectele sale sunt evidențiate prin atracția dintre obiectele care prezintă masă. Gravitația menține planetele pe orbită în jurul Soarelui, Luna pe orbita Pământului și pe noi la suprafața planetei.
Una dintre primele încercări de a descrie gravitația a fost realizată de Isaac Newton, care a postulat că gravitația este proporțională cu masa obiectelor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre obiecte. Chiar și la cea mai mare scară a cosmosului, această forță fundamentală este esențială pentru structura universului.
Una dintre provocările privind gravitația este faptul că, spre deosebire de celelalte forțe fundamentale, ea poate fi explicată doar în sens clasic. Fizica cuantică poate explica celelalte trei forțe prin intermediul particulelor lor: forța electromagnetică are fotonul, forța nucleară tare are gluonul, iar forța nucleară slabă are bozonii W și Z. Doar gravitația nu are nicio particulă, a afară de ipoteticul graviton. Gravitonul poate fi considerat drept „cărămida” gravitației, la fel cum atomii sunt „cărămizile” materiei.
Cum ar putea fi detectat gravitonul?
Detectoare precum LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) pot detecta undele gravitaționale provenite de la evenimente cosmice majore, cum sunt fuzionarea găurilor negre sau a stelelor neutronice, dar un graviton nu a fost detectat niciodată până acum. Însă această stare a lucrurilor s-ar putea schimba cât de curând. O echipă de cercetători de la Stevens Institute of Technology din Statele Unite sugerează o nouă abordare. Cu ajutorul tehnologiei de detecție actuale (rezonatorul acustic), cercetătorii propun adăugarea unei metode de detecție a energiei îmbunătățite, denumită detecție cuantică (quantum sensing).
Soluția propusă este similară cu efectul foto-electric propus de Einstein în cadrul teoriei cuantice a luminii, în acest caz undele gravitațional înlocuind undele electromagnetice. Secretul îl constituie schimburile de energie discrete dintre material și unde pe măsură ce gravitonii sunt absorbiți. Echipa de cercetători va utiliza LIGO pentru confirmarea detectării undelor gravitaționale și va corobora rezultatele cu propriile date.
Noua abordare a fost inspirată de undele gravitaționale detectate pe Pământ în anul 2017, rezultate de la coliziunea a două stele neutronice. Cercetătorii au calculat parametri care ar facilita probabilitatea de absorbție a unui singur graviton. În esență, este vorba despre un dispozitiv similar unei bare Weber (bară cilindrică groasă de o tonă) ce permite detectarea gravitonilor. Barele respective ar trebui suspendate într-un detector cuantic nou-proiectat, răcit la cea mai de jos posibilă stare a materiei, iar trecerea unei unde gravitațional le-ar face să vibreze. Apoi aceste vibrații ar putea fi măsurate cu ajutorul unor echipamente ultrasensibile. Din păcate, acești detectori ultrasensibili nu sunt încă disponibili.
Sursa: Universe Today