Hình ảnh: Nhóm nghiên cứu Pikovski
Một nhóm các nhà khoa học do Igor Pikovsky, giáo sư vật lý tại Cao đẳng Stevens và là nhà nghiên cứu tại Đại học Stockholm, dẫn đầu đã tìm ra cách phát hiện từng graviton riêng lẻ, các hạt lượng tử tạo ra tương tác hấp dẫn. Kết quả nghiên cứu đã xuất bản trên tạp chí Nature Communications.
Các nhà vật lý đã phát triển một phương pháp có thể phát hiện các graviton đơn lẻ bằng cách sử dụng phương pháp thăm dò lượng tử. Phương pháp tiếp cận mới này dựa trên một hiện tượng tương tự như hiệu ứng quang điện, phát hiện này đã cho phép Einstein phát triển lý thuyết lượng tử về ánh sáng. Ý tưởng là sự trao đổi năng lượng giữa vật liệu và sóng chỉ xảy ra theo các bước rời rạc, tức là các graviton riêng lẻ được hấp thụ và phát ra.
Phương pháp này bao gồm việc sử dụng một bộ cộng hưởng âm thanh, là một hình trụ nặng được trang bị các cảm biến lượng tử cực nhạy để theo dõi những thay đổi trong trạng thái năng lượng. Vật liệu được làm lạnh đến nhiệt độ rất thấp, cho phép chúng ta quan sát các bước nhảy lượng tử xảy ra khi sóng hấp dẫn đi qua, điều này sẽ chỉ ra sự hấp thụ của một graviton.
Các nhà nghiên cứu cho rằng phương pháp của họ có thể sử dụng dữ liệu đã được LIGO thu thập để cải thiện độ chính xác của việc phát hiện graviton. LIGO có khả năng phát hiện sóng hấp dẫn, nhưng vẫn chưa thể phát hiện từng graviton riêng lẻ. Cảm biến lượng tử do các nhà khoa học đề xuất có thể thực hiện được điều này, nếu nó sử dụng tương quan chéo với dữ liệu LIGO để cô lập từng tín hiệu graviton.
Sử dụng mô hình toán học, các thông số tối đa hóa khả năng hấp thụ graviton đã được tính toán. Để làm được điều này, các nhà khoa học đã phân tích dữ liệu về sóng hấp dẫn từ vụ va chạm của các sao neutron được đo trên Trái đất vào năm 2017. Người ta đề xuất sử dụng các thanh hình trụ đặc biệt, tương tự như các thanh Weber, có thể hấp thụ và phát ra graviton theo cùng cách mà các lượng tử ánh sáng tương tác với vật chất.
Mặc dù công nghệ cần thiết để thực hiện thí nghiệm vẫn chưa có, các nhà khoa học tin tưởng rằng phương pháp này sẽ hiệu quả. Họ tin rằng những phát triển trong tương lai của công nghệ lượng tử sẽ sớm cho phép phát hiện ra từng graviton riêng lẻ, do đó thực hiện bước đầu tiên hướng tới việc thống nhất lực hấp dẫn và cơ học lượng tử.
