دانشمندان موسسه فناوری استیونز در پژوهشی پیشگامانه روشی تازه برای رصد تک‌گراویتون‌ها ارائه کرده‌اند. این دستاورد در حالی حاصل شده که تا کنون مشاهده مستقیم این ذرات فرار، چالشی بزرگ در فیزیک بنیادی محسوب می‌شد.
به گزارش رسانه فناوری تکنا، گراویتون‌ها ذرات بنیادی حامل نیروی گرانش هستند. محققان سال‌ها است در تلاشند تا شکاف میان نظریه‌های گرانش و مکانیک کوانتومی را برطرف کنند. اکنون گروه‌ی به رهبری ایگور پیکوفسکی، استاد فیزیک موسسه استیونز، موفق شده است روشی برای ساخت ردیابی طراحی کند که قادر به شناسایی تک‌گراویتون‌هاست.
این روش بر پایه پیشرفت‌های اخیر در حوزه حسگر‌های کوانتومی و مطالعه اشیاء کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپیک بنا شده است. این اجسام که با چشم غیر‌مسلح قابل مشاهده‌اند، اما رفتار کوانتومی از خود نشان می‌دهند، به دلیل برهم‌کنش قوی با گرانش، گزینه‌های مناسبی برای آشکار‌سازی گراویتون‌ها محسوب می‌شوند.
محققان با بهره‌گیری از فناوری‌های موجود همانند تشدیدگر‌های آکوستیک و می‌له‌های وبر، ردیابی می‌سازند که با خنک‌کردن یک شیء کوانتومی به پایین‌ترین سطح انرژی و سپس قرار دادن آن در معرض امواج گرانشی کار می‌کند. سرینیوات مانیکاندان، پژوهشگر پس‌ادک‌ترا، توضیح می‌دهد با خنک‌کردن ماده و نظارت بر تغییرات انرژی آن در یک مرحله واحد، می‌توانیم با پشتیبانی حسگر‌های کوانتومی، جذب تک‌گراویتون‌ها را تشخیص دهیم.
دانشمندان پدیده شکل‌گرفته در این فرا‌یند را اثر گراویتو-فونونی نامیده‌اند. مشابه اثر فوتوالک‌تریک که در آن نور با ماده در بسته‌های گسسته به نام فوتون برهم‌کنش می‌کند، در این پدیده نیز گراویتون‌ها با ایجاد تغییرات گسسته در انرژی شیء، خود را آشکار می‌سازند. ژرمن توبار، دانشجوی دکتری، می‌گوید ما با الهام از اثر فوتوالک‌تریک، از تشدیدگر‌های آکوستیک و امواج گرانشی عبوری از زمین بهره می‌گیریم و بدین ترتیب اثر گراویتو-فونونی را محقق می‌کنیم.
برای افزایش احتمال موفقیت، محققان قصد دارند از داده‌های رصدخانه امواج گرانشی لایگو (LIGO) بهره ببرند. اگرچه لایگو در رصد امواج گرانشی بسیار موفق بوده، اما قادر به شناسایی تک‌گراویتون‌ها نیست.
آشکار‌سازی تک‌گراویتون نیازمند امواج گرانشی با انرژی بسیار بالا است، زیرا برهم‌کنش میان یک تک‌گراویتون و ماده فوق‌العاده ضعیف است. از این رو، تولید امواج گرانشی در آزمایشگاه امکان‌پذیر نیست و این امواج تنها در رویداد‌های کیهانی عظیم همانند برخورد سیاه‌چاله‌ها شکل می‌گیرند.
با این حال، محققان معتقدند با قیاس دقیق داده‌های لایگو با اندازه‌گیری‌های ردیاب پیشن‌هادی، می‌توانند نشانه‌های برهم‌کنش تک‌گراویتون‌ها را شناسایی کنند. توماس بیتل، دانشجوی دکتری، می‌گوید با بهره‌گیری از رصدخانه‌های موجود امواج گرانشی، می‌توانیم منتظر بمانیم تا لایگو یک موج گرانشی را تشخیص دهد و سپس تغییرات ایجادشده در ردیاب ما را بررسی کنیم. با وجود چالش‌های فنی، تیم تحقیقاتی با خوش‌بینی به آینده نگاه می‌کند و در حال طراحی آزمایشی است که از داده‌های امواج گرانشی زمین بهره می‌برد.
تحقیقات در حوزه آشکار‌سازی گراویتون‌ها بیش از یک قرن است که ادامه دارد. نظریه نسبیت عام اینشتین، درک ما از گرانش را دگرگون کرد، اما تا کنون گرانش تنها نیروی بنیادی است که به طور کامل توسط نظریه کوانتومی توضیح داده نشده است. رصد موفق تک‌گراویتون، گامی بزرگ به سوی تدوین یک نظریه واحد برای همه پدیده‌ها خواهد بود.
