Tyngdekraftsbølger, eller krusninger i romtid, glir gjennom Jorden hele tiden og bærer hemmeligheter om universet. Men inntil for noen år siden, kunne vi ikke oppdage disse bølgene i det hele tatt, og selv nå har vi bare den mest grunnleggende evnen til å oppdage strekk og klemming av kosmos.
Imidlertid kan en foreslått ny gravitasjonsbølgejeger, som ville måle hvordan partikler av lys og tyngdekraft samvirker, kunne endre det. I prosessen kunne den svare på store spørsmål om mørk energi og universets ekspansjon.
De tre detektorene på Jorden i dag, alle sammen kalt Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) og Jomfru, fungerer etter samme prinsipp: Når en gravitasjonsbølge beveger seg gjennom jorden, strekker den seg svakt og presser rom-tid. Ved å måle hvor lang tid det tar å ta et laserlys å reise over lange avstander, merker detektorene når størrelsen på den tidsrommet endres. Men endringene er små, noe som krever ekstra følsomt utstyr og statistiske metoder å oppdage.
I denne nye artikkelen foreslo tre forskere en radikal ny metode: å jakte på gravitasjonsbølger ved å lete etter effekter av direkte interaksjoner mellom gravitoner - teoretiske partikler som bærer gravitasjonskraft - og fotoner, partiklene som utgjør lys. Ved å studere disse fotonene etter at de har interaksert med gravitoner, bør du være i stand til å rekonstruere egenskapene til en gravitasjonsbølge, ifølge Subhashish Banerjee, en medforfatter av den nye papir- og fysikeren ved Indian Institute of Technology i Jodhpur, India. En slik detektor ville være mye billigere og enklere å bygge enn eksisterende detektorer, sa Banerjee.
"Å måle fotoner er noe folk kjenner godt til," sa Banerjee til Live Science. "Det er ekstremt godt studert, og definitivt er det mindre utfordrende enn et LIGO-slags oppsett."
Ingen vet nøyaktig hvordan gravitoner og fotoner ville samvirke, i stor grad fordi graviton fremdeles er helt teoretisk. Ingen har noen gang isolert en. Men forskerne bak denne nye artikkelen kom med en serie teoretiske forutsigelser: Når en strøm av gravitoner treffer en strøm av fotoner, bør disse fotonene spre seg. Og at spredning ville gi et svakt, forutsigbart mønster - et mønsterfysikere kunne forsterke og studere ved hjelp av teknikker utviklet av kvantefysikere som studerer lys.
Å knytte fysikken i den lille kvanteverdenen med den store skalaen tyngdekraften og relativiteten har vært et mål for forskere siden Albert Einsteins tid. Men selv om den nylig foreslåtte tilnærmingen til å studere gravitasjonsbølger ville bruke kvantemetoder, ville den ikke fullstendig overbygge det lille til store hullet på egen hånd, sa Banerjee.
"Det ville imidlertid være et skritt i den retningen," la han til.
Å undersøke de direkte interaksjonene mellom gravitoner kan løse noen andre dype mysterier om universet, men sa han.
I papiret viste forfatterne at måten lyset sprer på vil avhenge av de spesifikke fysiske egenskapene til gravitoner. I følge Einsteins teori om generell relativitet er gravitoner masseløse og beveger seg med lysets hastighet. Men ifølge en samling teorier, sammen kjent som "massiv tyngdekraft," har gravitoner masse og beveger seg saktere enn lysets hastighet. Disse ideene, tror noen forskere, kunne løse problemer som mørk energi og utvidelsen av universet. Å oppdage gravitasjonsbølger ved bruk av fotonspredning, sa Banerjee, kan ha bivirkningen av å fortelle fysikere om massiv tyngdekraft er riktig.
Ingen vet hvor sensitiv en foton-graviton-detektor av denne typen ville ende med å bli, sa Banerjee. Det vil avhenge mye av de endelige designegenskapene til detektoren, og akkurat nå er ingen under bygging. Imidlertid, sa han, håper han og hans to medforfattere at eksperimentelle snart vil sette i gang en.
