موجات الجاذبية ، أو تموجات في الزمكان ، تنزلق عبر الأرض طوال الوقت ، تحمل أسرارًا عن الكون. لكن حتى سنوات قليلة مضت ، لم نتمكن من اكتشاف هذه الموجات على الإطلاق ، وحتى الآن ، لدينا فقط القدرة الأساسية على اكتشاف تمدد الكون وعصره.
ومع ذلك ، فإن صياد موجات الجاذبية الجديد المقترح ، والذي سيقيس كيفية تفاعل جزيئات الضوء والجاذبية ، يمكن أن يغير ذلك. في هذه العملية ، يمكن أن يجيب على أسئلة كبيرة حول الطاقة المظلمة وتمدد الكون.
تعمل أجهزة الكشف الثلاثة الموجودة على الأرض اليوم ، وكلها معًا باسم مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) و Virgo ، وفقًا لنفس المبدأ: عندما تتحرك موجة الجاذبية عبر الأرض ، فإنها تمدد وتضغط بشكل مكثف على الزمكان. من خلال قياس الوقت الذي يستغرقه ضوء الليزر للتنقل عبر مسافات طويلة ، تلاحظ أجهزة الكشف متى يتغير حجم ذلك الزمكان. لكن التغييرات دقيقة ، وتتطلب معدات حساسة للغاية وطرق إحصائية للكشف عنها.
في هذه الورقة الجديدة ، اقترح ثلاثة باحثين طريقة جديدة جذرية: البحث عن موجات الجاذبية من خلال البحث عن آثار التفاعلات المباشرة بين الجاذبية - الجسيمات النظرية التي تحمل قوة الجاذبية - والفوتونات ، الجسيمات التي تشكل الضوء. من خلال دراسة تلك الفوتونات بعد تفاعلها مع الجاذبية ، يجب أن تكون قادرًا على إعادة بناء خصائص موجة الجاذبية ، وفقًا لسوبهاشيش بانرجي ، المؤلف المشارك للورق الجديد والفيزيائي في المعهد الهندي للتكنولوجيا في جودبور ، الهند. وقال بانيرجي إن مثل هذا الكاشف سيكون أرخص بكثير وأسهل في البناء من الكواشف الموجودة.
وقال بانيرجي لـ Live Science: "قياس الفوتونات شيء يعرفه الناس جيدًا". "لقد تمت دراستها جيدًا ، وبالتأكيد أقل صعوبة من نوع LIGO من الإعداد."
لا أحد يعرف بالضبط كيف ستتفاعل الجرافيتونات والفوتونات ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن الجرافيتون لا يزال نظريًا بالكامل. لا أحد معزول من أي وقت مضى. لكن الباحثين وراء هذه الورقة الجديدة قاموا بسلسلة من التنبؤات النظرية: عندما يصطدم تيار من الجاذبية بتيار من الفوتونات ، يجب أن تنتشر هذه الفوتونات. وهذا التشتت سينتج نمطًا خافتًا يمكن التنبؤ به - يمكن لفيزيائيي النمط تضخيم ودراسة باستخدام تقنيات طورها فيزيائيو الكم الذين يدرسون الضوء.
كان ربط فيزياء العالم الكمي الدقيق بفيزياء الجاذبية والنسبية على نطاق واسع هدفًا للعلماء منذ زمن ألبرت أينشتاين. ولكن على الرغم من أن النهج المقترح حديثًا لدراسة موجات الجاذبية سيستخدم طرقًا كمومية ، إلا أنه لن يسد تلك الفجوة الصغيرة إلى الكبيرة بشكل كامل ، على حد قول Banerjee.
واضاف "ستكون خطوة في هذا الاتجاه".
وقال إن فحص التفاعلات المباشرة للجرافيتون قد يحل بعض الألغاز العميقة الأخرى حول الكون.
أظهر الباحثون في ورقتهم أن الطريقة التي ينثر بها الضوء تعتمد على الخصائص الفيزيائية المحددة للجرافيتون. وفقًا لنظرية النسبية العامة لآينشتاين ، فإن الجرافيتونات عديمة الكتلة وتنتقل بسرعة الضوء. ولكن وفقًا لمجموعة من النظريات ، التي تُعرف معًا باسم "الجاذبية الضخمة" ، فإن الجاذبية لها كتلة وتتحرك بشكل أبطأ من سرعة الضوء. يعتقد بعض الباحثين أن هذه الأفكار يمكن أن تحل مشاكل مثل الطاقة المظلمة وتمدد الكون. وقال بانرجي إن الكشف عن موجات الجاذبية باستخدام تشتت الفوتون يمكن أن يكون له تأثير جانبي لإخبار الفيزيائيين عما إذا كانت الجاذبية الضخمة صحيحة أم لا.
قال Banerjee لا أحد يعرف مدى حساسية كاشف الفوتون الجاذبية من هذا النوع في نهاية المطاف. سيعتمد ذلك كثيرًا على خصائص التصميم النهائية للكاشف ، ولا يوجد حاليًا أي منها قيد الإنشاء. لكنه قال إنه يأمل مع مؤلفي مشاركين أن يبدأ التجريبيون في تجميع أحدهما قريبًا.
