Физики перешли от теории к практике, создав первую в мире лабораторную «ловушку» для гравитонов

Группа физиков из Технологического института Стивенса и Йельского университета приступила к реализации амбициозного эксперимента по поиску гравитонов — гипотетических квантов гравитационного поля. Данный проект нацелен на преодоление концептуального барьера между общей теорией относительности Эйнштейна, рассматривающей гравитацию как геометрию пространства-времени, и квантовой механикой, оперирующей дискретными величинами субатомного масштаба.

До недавнего времени практическое обнаружение гравитонов считалось невыполнимой задачей. Однако в 2024 году исследователи заявили, что стремительное развитие квантовых технологий позволяет воплотить эту идею в жизнь. Ключом к успеху должно стать объединение достижений гравитационно-волновой астрономии с методами квантовой инженерии.

В эксперименте под руководством Джека Харриса из Йеля используется компактный резонатор со сверхтекучим гелием. Вещество охлаждают до основного квантового состояния, добиваясь его идеальной неподвижности. Согласно теоретическим моделям, проходящая сквозь установку гравитационная волна должна передать цилиндру «квантовый импульс» энергии — тот самый одиночный гравитон. Резонатор преобразует это воздействие в фонон (квант звуковых колебаний), который затем фиксируется сверхточными лазерами, позволяя буквально вести подсчет пролетающих частиц.

Хотя гравитоны крайне неохотно взаимодействуют с веществом, увеличение масштабов квантовых детекторов помогает создать достаточно эффективную «мишень» для улавливания этих неуловимых объектов.

Этот проект знаменует собой переход от теоретических предсказаний к разработке реальной «гравитационной ловушки». «В нашем распоряжении уже есть весь необходимый инструментарий для обнаружения отдельных квантов в макроскопических системах. Теперь главная задача — в масштабировании технологии», — подчеркивает Харрис.

Успешное масштабирование системы при сохранении ее беспрецедентной чувствительности закладывает фундамент для создания будущих детекторов, способных окончательно подтвердить существование гравитонов путем прямого наблюдения.

Сверхтекучесть гелия проявляется при охлаждении ниже 2,17 К (-270,98 °C): жидкость переходит в особое квантовое состояние с нулевой вязкостью. Это позволяет ей течь без малейшего сопротивления, просачиваться сквозь мельчайшие поры и беспрепятственно подниматься по стенкам сосудов.

Источник: iXBT