دانشمندان روشی نوین برای آشکارسازی تک‌گراویتون‌ها توسعه دادند

دانشمندان دانشگاه استکهلم در پژوهشی پیشگامانه، روشی جدید برای آشکارسازی تک‌گراویتون‌ها ارائه کرده‌اند. این دستاورد در حالی صورت می‌گیرد که تاکنون، مشاهده‌ی مستقیم این ذرات فرارپای، چالشی بزرگ پنداشته می‌شد.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، گراویتون‌ها به عنوان ذرات بنیادی حامل نیروی گرانش مطرح شده‌اند. دانشمندان سال‌هاست در تلاشند تا شکاف میان نظریه‌های گرانش و مکانیک کوانتومی را پر کنند. اکنون، گروهی به رهبری ایگور پکوفسکی، استاد فیزیک دانشگاه استیونز، موفق شده‌اند روشی برای ساخت ردیابی طراحی کنند که قادر به شناسایی تک‌گراویتون‌ها باشد.

این روش بر پایه پیشرفت‌های اخیر در حوزه حسگرهای کوانتومی و مطالعه‌ی اشیاء کوانتومی در مقیاس بزرگ بنا شده است. این اشیاء که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده‌اند، اما رفتار کوانتومی از خود نشان می‌دهند، به دلیل برهم‌کنش قوی با گرانش، گزینه‌های مناسبی برای آشکارسازی گراویتون‌ها محسوب می‌شوند.

دانشمندان پیشنهاد می‌دهند با استفاده از فناوری‌های موجود مانند تشدیدگرهای آکوستیک و میله‌های وبِر، ردیابی بسازند که با خنک‌کردن یک شیء کوانتومی به پایین‌ترین سطح انرژی و سپس قرار دادن آن در معرض امواج گرانشی کار می‌کند. سرینیوات مانیکاندان، پژوهشگر پسادکترا، توضیح می‌دهد: «با خنک‌کردن ماده و نظارت بر تغییرات انرژی آن در یک مرحله‌ی واحد، می‌توانیم به کمک حسگرهای کوانتومی، جذب تک‌گراویتون‌ها را تشخیص دهیم.»

دانشمندان پدیده ایجاد شده در این فرایند را «اثر گراویتو-فونونی» نامیده‌اند. مشابه اثر فوتوالکتریک که در آن نور با ماده در بسته‌های گسسته‌ای به نام فوتون برهم‌کنش می‌کند، در این پدیده نیز گراویتون‌ها با ایجاد تغییرات گسسته در انرژی شیء، خود را آشکار می‌سازند. ژرمن توبار، دانشجوی دکتری، می‌گوید: «ما با الهام از اثر فوتوالکتریک، از تشدیدگرهای آکوستیک و امواج گرانشی عبوری از زمین استفاده می‌کنیم و به این ترتیب، اثر گراویتو-فونونی را ایجاد می‌کنیم.»

برای افزایش احتمال موفقیت، دانشمندان پیشنهاد استفاده از داده‌های رصدخانه‌ی امواج گرانشی لایگو را می‌دهند. اگرچه لایگو در آشکارسازی امواج گرانشی بسیار موفق بوده است، اما قادر به شناسایی تک‌گراویتون‌ها نیست.

آشکارسازی تک‌گراویتون نیازمند امواج گرانشی با انرژی بسیار بالایی است، زیرا برهم‌کنش بین یک تک‌گراویتون و ماده بسیار ضعیف است. همچنین، تولید امواج گرانشی در آزمایشگاه امکان‌پذیر نیست و این امواج تنها در رویدادهای کیهانی عظیم مانند برخورد سیاه‌چاله‌ها تولید می‌شوند.

با این حال، محققان معتقدند با مقایسه‌ی دقیق داده‌های لایگو با اندازه‌گیری‌های ردیاب پیشنهادی، می‌توانند نشانه‌های برهم‌کنش تک‌گراویتون‌ها را شناسایی کنند. توماس بیتل، دانشجوی دکتری، می‌گوید: «با استفاده از رصدخانه‌های موجود امواج گرانشی، می‌توانیم منتظر بمانیم تا لایگو یک موج گرانشی را تشخیص دهد و سپس تغییرات ایجاد شده در ردیاب ما را بررسی کنیم. با وجود چالش‌های فنی، تیم تحقیقاتی با خوش‌بینی به آینده می‌نگرد و در حال طراحی آزمایشی است که از داده‌های امواج گرانشی زمین استفاده کند.

تحقیقات در زمینه‌ی آشکارسازی گراویتون‌ها بیش از یک قرن است که ادامه دارد. نظریه‌ی نسبیت عام انشتین، درک ما را از گرانش متحول کرد، اما هنوز هم گرانش تنها نیروی بنیادی است که به طور کامل توسط نظریه‌ی کوانتومی توضیح داده نشده است. آشکارسازی موفق تک‌گراویتون، گامی بزرگ به سوی تدوین یک نظریه‌ی واحد برای همه چیز خواهد بود. برای مشاهده تازه ترین خبرها به صفحه اخبار علمی رسانه تکنا مراجعه کنید.