Naukowcy tworzą pierwszą na świecie pułapkę na grawitony. Czy uda się potwierdzić ich istnienie?

Przełom w fizyce: pułapka grawitonowa ma zbliżyć nas do Teorii Wszystkiego

Przez całe stulecie fizyki istniała zasadnicza luka. Z jednej strony mieliśmy skuteczną teorię opisującą wielkie struktury kosmosu, a z drugiej – zestaw praw rządzących mikroświatem. Pomiędzy nimi ciągnęła się przepaść, a mostem miał być maleńki, nieuchwytny grawiton. Przez długi czas szukanie go uznawano za pozbawione szans na eksperymentalne potwierdzenie. Dziś ten pesymizm zaczyna blednąć. Kilka zespołów badawczych na świecie ogłosiło prace nad stworzeniem pierwszej na świecie pułapki grawitonowej, która ma pozwolić na ich wykrycie i zbadanie.

Czym są grawitony i dlaczego tak trudno je złapać?

Grawiton to hipotetyczna cząstka elementarna, która miałaby być nośnikiem oddziaływania grawitacyjnego, analogicznie do fotonu, który jest nośnikiem oddziaływania elektromagnetycznego. Jego istnienie jest kluczowym elementem wielu prób stworzenia kwantowej teorii grawitacji, która połączyłaby ogólną teorię względności Einsteina z mechaniką kwantową.

Problem polega na tym, że oddziaływanie grawitacyjne jest niezwykle słabe w porównaniu z innymi siłami natury. Grawiton, jeśli istnieje, oddziałuje z materią tak słabo, że jego bezpośrednia detekcja wydawała się niemożliwa przy użyciu współczesnej technologii. Dotychczasowe poszukiwania koncentrowały się na obserwacjach kosmicznych, np. fal grawitacyjnych, które są makroskopowym przejawem działania grawitonów.

Jak działa nowa pułapka grawitonowa?

Nowatorskie podejście, opracowywane m.in. w ośrodkach w Europie i Ameryce Północnej, nie polega na bezpośrednim „złapaniu” pojedynczej cząstki. Zamiast tego, naukowcy projektują skrajnie precyzyjne urządzenia, które mają wychwycić subtelne efekty kwantowe, które mogą być sygnaturą grawitonów.

Koncept opiera się na wykorzystaniu:

Ekstremalnie niskich temperatur, bliskich zera absolutnego, aby zminimalizować zakłócenia termiczne.
Zaawansowanych materiałów nadprzewodzących i struktur kwantowych, takich jak pułapki jonowe lub obwody nadprzewodzące.
Precyzyjnych interferometrów, które mierzą niewielkie zmiany w polu grawitacyjnym lub w strukturze czasoprzestrzeni.

„To nie jest próba złapania grawitonu w słoik. To próba stworzenia środowiska laboratoryjnego, w którym kwantowa natura grawitacji ujawni się w sposób możliwy do zaobserwowania i zmierzenia” – wyjaśnia jeden z fizyków zaangażowanych w projekt.

Implikacje potencjalnego sukcesu

Gdyby eksperyment zakończył się powodzeniem i udało się potwierdzić istnienie grawitonów lub zaobserwować ich efekty, byłby to jeden z największych przełomów w historii nauki.

Otworzyłoby to drogę do:

Zjednoczenia fizyki poprzez stworzenie spójnej kwantowej teorii grawitacji.
Nowego zrozumienia Wszechświata, w tym natury czarnych dziur i pierwszych chwil po Wielkim Wybuchu.
Rozwoju zupełnie nowych technologii, których dziś nawet nie potrafimy sobie wyobrazić, związanych z kontrolą grawitacji lub manipulacją czasoprzestrzenią.

Naukowcy podkreślają, że jest to przedsięwzięcie wysokiego ryzyka. Może minąć wiele lat, zanim jakikolwiek eksperyment przyniesie rozstrzygające wyniki. Jednak sam fakt, że takie próby wychodzą poza sferę czystej teorii i wchodzą w fazę badań eksperymentalnych, jest niezwykle obiecujący. Świat nauki wstrzymuje oddech, czekając na pierwsze dane z tych pionierskich instalacji, które mogą na zawsze zmienić nasze rozumienie rzeczywistości.

Foto: www.unsplash.com