Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvantová gravitace představuje naději na sjednocení obecné relativity s kvantovou fyzikou, příslušnou teorii ale dosud nikdo nevytvořil ani kvantovou povahu gravitace nepotvrdil (když nic jiného, sotva jsme dokázali detekovat gravitační vlny, nikoliv jednotlivé gravitony).
Mezinárodní vědecký tým ( Ryan J. Marshman, Peter F. Barker a Sougato Bose z University College London, Gavin W. Morley z University of Warwick a Anupam Mazumdar a Steven Hoekstra z nizozemské University of Groningen) nyní navrhl následující experiment. Na rozdíl od obřích detektorů gravitačních vln, jako je LIGO nebo VIRGO, plánují malé detektory, které by šlo snadno zaměřovat na konkrétní místa oblohy a měly by zachycovat gravitační vlny o nižších frekvencích.
Samotný detektor by měl podobu diamantového krystalu o rozměrech několika nanometrů. Jeden z uhlíkových atomů by zde měl být nahrazen dusíkem. To, oč v experimentu jde, je v první řadě absorpce energie, která jeden elektron může dostat na vyšší energetickou hladinu a přitom dojde ke změně jeho spinu. Bez pozorování jevu ovšem k absorpci energie dojít „mohlo i nemuselo“, systém se nachází tedy v superpozici obou stavů (hodnot spinu). To pak platí nejen pro elektron, ale i pro celý minikrystal – na kvantovou superpozici má tento objekt obrovskou hmotnost, 10 na -17 kg, takže se hovoří o mezoskopickém systému.
S použitím magnetického pole lze vyvolat interferenční jev a v něm by systém mohl právě fungovat jako detektor gravitačních vln. To ale není samotným cílem. Jde o to, že pokud dva kvantové objekty dokážeme dostat do superpozice, musí mezi nimi proběhnout nějaká kvantová interakce. A pokud by dva diamantové detektory spolu interagovaly pouze prostřednictvím gravitačních vln, znamenalo by to, že samotná gravitace je kvantový jev. Tolik alespoň autoři studie.
Samotný experiment ovšem vyžaduje ještě další vývoj technologií. Je totiž k němu potřeba vysoké vakuum (tlak 10-15 Pa), velmi nízká teplota (-273 °C) a nekolísající magnetické pole, to vše současně na jednom místě. Navíc je nutné zajistit, aby jedinou interakcí mezi oběma diamanty byla opravdu gravitace; navrhuje se proto experiment provést při volném pádu (poznámka: kvůli ochraně před mechanickými vibracemi?) v nějakém hlubinném dole, v šachtě o délce až kilometr apod. A samozřejmě opakovaně.
Schopnost vůbec vytvořit takový systém by pole autorů studie ale byla využitelná k měřením i v jiných oborech fyziky, např. ve fyzice nízkých energií.
Ryan J Marshman et al, Mesoscopic interference for metric and curvature & gravitational wave detection, New Journal of Physics (2020). DOI: 10.1088/1367-2630/ab9f6c
Zdroj: University of Groningen / Phys.org
Poznámky PH: Laika samozřejmě napadá v této souvislosti jako obvykle řada otázek, moc srozumitelné to celé rozhodně není. Je to tak, že experiment by měl být navíc proveden při nějaké kosmické události, která poslouží jako zdroj gravitačních vln? Jak ale potom docílit, aby se oba krystaly takto propojily a nezasáhly je „různé“ gravitační vlny z původní události? Nebo je to celé jinak? Proč vůbec systémy musejí být tak velké, mezoskopické (aby mohly fungovat jako detektor)? Atd.
