Физик из Германии Ральф Шюцхольд (Ralf Schützhold) представил концептуальную модель эксперимента, основанную на энергетическом обмене между квантами света и гравитационными волнами. Данный подход открывает перспективы для активного манипулирования гравитацией через процессы стимулированного испускания или поглощения гравитонов — гипотетических элементарных частиц, переносящих гравитационное взаимодействие.
Теория Шюцхольда опирается на принцип универсальности гравитации, которая воздействует на любые формы энергии, включая электромагнитное излучение. В рамках этой модели световой импульс способен передавать часть своей энергии гравитационной волне, тем самым усиливая её и одновременно теряя собственную интенсивность. Подобная потеря энергии выражается в микроскопическом сдвиге частоты света, что эквивалентно эмиссии гравитонов. Процесс может протекать и в обратном направлении, когда гравитационная волна выступает донором энергии для светового потока.
Математическое моделирование показывает, что для регистрации подобных квантовых эффектов потребуется колоссальная интерферометрическая установка, оперирующая высокоинтенсивными лазерными импульсами в видимом или ближнем ИК-спектре. В одной из предложенных конфигураций свет должен совершить до миллиона циклов отражения между зеркалами внутри километрового тоннеля, что создаст эффективную дистанцию пробега луча, сопоставимую с миллионом километров.
Изменение частоты фотонов в результате взаимодействия с гравитационной волной чрезвычайно мало. Тем не менее, автор работы уверен, что специализированный интерферометр позволит зафиксировать эти девиации. В ходе эксперимента две световые волны будут претерпевать различные фазовые и частотные сдвиги в зависимости от того, поглощают они или испускают энергию. При их последующем наложении возникнет специфическая интерференционная картина, по которой можно будет судить о квантовом переходе гравитонов.
Современный детектор LIGO, уже использующийся для поиска гравитационных волн, обладает схожей архитектурой. Он представляет собой две вакуумные магистрали длиной по 4 километра, расположенные под прямым углом. Лазерный луч разделяется на два потока, которые проходят через эти плечи. Гравитационные волны вызывают едва уловимые искажения метрики пространства-времени, меняя длину плеч на величины порядка 10-18 метра, что и фиксируется по изменению интерференции.
Установка, спроектированная по принципам Шюцхольда, позволит не просто регистрировать сигналы из космоса, но и впервые осуществлять направленное воздействие на гравитационные волны. По мнению исследователя, использование квантово-запутанных состояний света может значительно повысить разрешающую способность и чувствительность такого прибора.
«Это позволило бы нам судить о квантовой природе самого гравитационного поля», — отмечает Шюцхольд. И хотя такой эксперимент не станет прямым визуальным подтверждением существования гравитона, он послужит мощнейшим косвенным доказательством. Если же предсказанные интерференционные эффекты не будут обнаружены, текущие теоретические представления о квантах гравитации могут быть подвергнуты серьезному пересмотру.
Источник: iXBT
