Физики из Технологического института Стивенса и Йельского университета запустили экспериментальную программу по обнаружению гравитонов — гипотетических квантовых частиц гравитации. Цель проекта — преодолеть давний разрыв между общей теорией относительности Эйнштейна, описывающей гравитацию как искривление пространства-времени, и квантовой механикой, описывающей дискретную природу субатомного мира.
Обнаружение гравитонов считалось экспериментально невозможным до недавнего времени. В 2024 году было заявлено, что достижения в современной квантовой технологии могут сделать это реальностью. Путь к обнаружению гравитонов лежит в слиянии гравитационно-волновой астрономии с квантовой инженерией.
Эксперимент, возглавляемый Джеком Харрисом (Йель), использует резонатор сантиметрового масштаба, заполненный сверхтекучим гелием. Гелий охлаждается до квантового основного состояния, становясь идеально неподвижным. Теория предполагает, что когда гравитационная волна пройдёт через лабораторию, она передаст цилиндру «крошечную порцию энергии» — отдельный гравитон. Резонатор преобразует эту гравитационную энергию в фонон. С помощью высокоточных лазеров команда сможет измерить эту вибрацию, подсчитывая гравитоны, проходящие через комнату.
Хотя гравитоны редко взаимодействуют с материей, масштабирование квантовых детекторов создаёт достаточно большую «мишень» для захвата и разрешения этих неуловимых частиц.
Этот проект знаменует собой переход от теоретического предсказания к созданию ощутимой «гравитационной ловушки», необходимой для наблюдения гравитона в первый раз. «У нас уже есть необходимые инструменты. Мы можем обнаруживать отдельные кванты в макроскопических квантовых системах. Теперь дело за масштабированием», — говорит Харрис.
Успешно масштабируя эту технологию и сохраняя при этом предельную чувствительность, команда сделала шаг к разработке будущих, более крупных детекторов, способных к окончательному наблюдению гравитонов.
Сверхтекучий гелий при температурах ниже 2,17 К (-270,98 °C) переходит в особое квантовое состояние, характеризующееся отсутствием вязкости. Это позволяет ему течь без трения, подниматься по стенкам сосудов и демонстрировать другие необычные свойства