Najtraženija čestica u fizici nije čestica tamne materije – to je graviton, kvant gravitacije. Njegovo merenje bilo bi nedvosmislen dokaz da je Ajnštajnova teorija na kraju nepotpuna i da mora biti zamenjena kompletnijom teorijom koja prostor-vremenu daje kvantna svojstva. Decenijama se smatralo da je direktno merenje ove čestice nemoguće, što je predstavljalo jednu od najvećih prepreka u modernoj fizici.

Međutim, nedavna studija, objavljena u prestižnom časopisu Physical Review Letters (PRL), sugeriše da merenje gravitona možda ipak nije nemoguć zadatak. Fizičar koji stoji iza ovog rada tvrdi da je moguće ne samo posmatrati gravitacione talase, već i manipulisati njima. Da li je ovo proboj koji smo čekali?

Manipulacija gravitacionim talasima nije dovoljan dokaz

Osnovna ideja novog rada je izuzetno pametna: umesto da pokušavamo da stvorimo gravitone u laboratoriji, autor predlaže da iskoristimo one koji dolaze iz postojećih kosmičkih događaja, poput spajanja crnih rupa. Umesto da se samo meri promena dužine krakova u detektoru gravitacionih talasa kao što je LIGO, autor predlaže nešto drugačije: merenje razmene energije između fotona iz lasera i gravitona iz gravitacionog talasa.

U praksi, ovo znači da bi se gravitacionim talasom moglo "manipulisati". U zavisnosti od toga kako se tempiraju laserski impulsi, bilo bi moguće ubaciti energiju u gravitacioni talas ili je izvući iz njega. Ipak, tu dolazimo do ključne, kontra-intuitivne činjenice: sama ova pojava ne bi dokazala postojanje gravitona. Razlog je taj što se ista razmena energije može objasniti i bez pozivanja na kvantnu teoriju. Važno je napomenuti da je i sam autor rada veoma jasan po ovom pitanju, ističući da ovo zapažanje samo po sebi ne bi predstavljalo krunski dokaz.

Pravi trik je u kvantnom ispreplitanju

Pravi potencijalni proboj leži u smeloj ideji autora. On predlaže da se prvo laserski zrak pretvori u specijalno kvantno stanje – superpoziciju velikog broja fotona. Zatim, kada takav laser interaguje sa gravitacionim talasom, trebalo bi da dođe do stvaranja isprepletenog stanja sa gravitonima od kojih je talas sačinjen.

Ovde leži najvažnija poenta: do ovog ispreplitanja može doći samo ako gravitacioni talas zaista ima kvantna svojstva, odnosno ako je sačinjen od gravitona. To ne bi bio samo nagoveštaj, već direktan dokaz postojanja kvantne gravitacije.

Većina fizičara veruje da gravitoni postoje... Međutim, neki fizičari smatraju da je ideja da su gravitacioni talasi sačinjeni od gravitona podjednako idiotska kao i pomisao da su talasi na vodi sačinjeni od "vodenona". Voda jeste sačinjena od molekula vode, ali to ne možete otkriti tako što ćete uzeti teoriju talasa na vodi i pretvoriti je u kvantnu teoriju. Zbog toga bi merenje gravitona bila tako velika stvar.

Od ideje do stvarnosti: Tehnološki jaz je ogroman

Iako je ideja teorijski elegantna, postoji ogroman jaz između ovog predloga i naših trenutnih eksperimentalnih mogućnosti. Da bi se ovakav eksperiment izveo, bilo bi potrebno stvoriti kvantno stanje sa otprilike 10³⁰ (deset na trideseti) fotona.

Da bismo ovaj broj stavili u perspektivu, trenutno fizičari takva stanja mogu stvoriti sa svega oko pet fotona. Autorka videa iz kojeg je ova analiza izvedena, Sabine Hossenfelder, ocenjuje rad sa "2 od 10 na metru za gluposti". Ne zato što je proračun pogrešan, već zbog preteranog optimizma u pogledu eksperimentalne izvodljivosti.

Zaključak: Teorija o eksperimentalistima

Ključna poruka je jasna: ideja je genijalna i predstavlja teorijski put ka dokazivanju kvantne gravitacije, ali je tehnološki decenijama, ako ne i više, daleko od nas. Nećemo uskoro videti detektor gravitona zasnovan na ovom principu.

Ipak, vredi završiti post zanimljivom teorijom Sabine Hossenfelder o samim eksperimentalistima, koja nudi optimističnu i provokativnu finalnu misao: "Oni uglavnom ne mare za teorije. Oni samo rade svoje. I mislim da ćemo tako na kraju i napredovati."

YT