فوتون‌ها می‌توانند گرانش عظیم را افشاء کنند

0
1162

بیگ بنگ: این طرح جدید در مقایسه با حساس‌ترین آشکارسازهای امواج گرانشیِ جهان، خیلی جنجالی است. امواج گرانشی موجود در فضا-زمان، همیشه خود را به زمین می‌رسانند و رازهای هستی را در دل خود نهفته‌ دارند. امواج گرانشی چند سال قبل شناسایی شدند؛ در حال حاضر نیز ما تنها از قابلیت‌های پایه برای شناسایی کِش‌و‌قوس‌های کیهان برخوردار هستیم. با این حال، شکارچی جدیدی برای امواج گرانشی پیشنهاد شده که چگونگی برهم‌کنش ذرات نور و گرانش را اندازه‌گیری می‌کند.

jHeipqLmtRQAaqnuVGEeuMبه گزارش بیگ بنگ، این فن‌آوری می‌تواند شرایط را به گونۀ دیگری تغییر دهد. در این فرایند، شاید به پرسش‌های بزرگی درباره انرژی تاریک و انبساط کیهان پاسخ داده شود. سه آشکارسازی که امروزه در زمین وجود دارند، رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری(LIGO) در ایالت واشنگتن و دیگری در لوئیزیانا است و دیگری تداخل‌سنج ویرگو نام دارد.

وقتی یک موج گرانشی از زمین عبور می‌کند، به میزان اندکی باعث کِش یافتن و تحریف فضا-زمان می‌شود. آشکارسازها با اندازه‌گیری مدت زمانی که طول می‌کشد نور لیزر فواصل طولانی را طی کند، تشخیص می‌دهند که اندازۀ آن فضا-زمان چه زمانی تغییر پیدا می‌کند. اما این تغییرات ظریف هستند و مستلزم دستگاه‌ها و تجهیزات فوق‌العاده حساس و روش‌های آماری دقیق هستیم تا آنها را شناسایی کنیم.

سه محقق در مقالۀ جدیدشان یک روش جدید و بحث‌برانگیز را پیشنهاد کردند: شکار امواج گرانشی با جستجوی اثرات برهم‌کنش مستقیم میان گراویتون‌ها (ذرات فرضی که نیروی گرانشی را حمل می‌کنند) و فوتون‌ها (ذراتی که نور را تشکیل می‌دهند). با مطالعه آن فوتون‌ها پس از برهم‌کنش‌شان با گراویتون‌ها، باید این فرصت فراهم شود تا ویژگی‌های امواج گرانشی بازسازی گردند.

«سوباشیش بانرجی» یکی از نویسندگان مقاله جدید و فیزیکدان در موسسه فن‌آوری هند در جادپور هند اظهار داشت: «ساخت چنین آشکارسازهایی می‌تواند ارزان‌تر و راحت‌تر از آشکارسازهای موجود باشد. اندازه‌گیری فوتون‌ها چیزی است که اکثر افراد با شیوه‌های آن آشنایی دارند. مطالعات زیادی دربارۀ آن انجام شده و از راه‌اندازی لایگو راحت‌تر است و چالش‌های بسیار کمتری در مقایسه با آن دارد.»

هیچ‌کس بطور دقیق نمی‌داند فوتون‌ها و گراویتون‌ها چگونه با یکدیگر برهم‌کنش می‌کنند؛ دلیل آن تا حدودی این است که گراویتون‌‌ها کاملاً فرضی هستند و وجودشان به اثبات نرسیده است. اما محققانی که در انتشار این مقاله نقش داشتند، چند پیش‌بینی نظری هم مطرح کردند. بر اساس پیش‌بینی آنان، وقتی یک تودۀ گراویتون به یک توده فوتون برخورد می‌کند، فوتون‌ها می‌بایست پراکنده شوند.

این پراکندگی می‌تواند باعث ایجاد یک الگوی ضعیف و قابل‌پیش‌بینی شود؛ فیزیکدان‌ها می‌توانند این الگو را با استفاده از روش‎های توسعه یافته توسط فیزیکدان‌های کوانتومی که نور را مطالعه می‌کنند، بررسی کرده و آنها را مورد مطالعه قرار دهند. پیوند دادن فیزیکِ دنیای کوانتومی با فیزیکِ بزرگ‌مقیاس گرانش و نسبیت به یکی از اهداف دانشمندان از زمان آلبرت اینشتین تبدیل شده است. اما اگرچه روش تازه‌پیشنهادشده برای مطالعه امواج گرانشی از روش‌های کوانتومی استفاده می‌کند، اما نمی‌تواند پیوند مذکور را میان مقیاس بزرگ و مقیاس کوچک برقرار نماید.

بانرجی در ادامه افزود: «بررسی برهم‌کنش‌های مستقیم گراویتون‌ها شاید به حل برخی دیگر از معماهای اصیل کیهانی کمک کند. ما در مقاله جدیدمان نشان دادیم که شیوه پراکنده‌شدنِ نور به ویژگی‌های فیزیکی خاص گراویتون‎ها بستگی دارد. بر اساس نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین، گراویتون‌ها فاقد جرم هستند و با سرعت نور حرکت می‌کنند. اما بر اساس مجموعه‌ای از نظریه‌ها، گراویتون‌ها جرم داشته و با سرعتی کمتر از سرعت نور حرکت می‌کنند.

برخی از محققان معتقدند که این ایده‌ها می‌توانند مسائلی از قبیل انرژی تاریک و انبساط کیهان را حل کنند. شناسایی امواج گرانشی با استفاده از پراکندگی فوتونی می‌تواند این عوارض جانبی را برای فیزیکدان‌ها به همراه داشته باشد؛ مبنی بر اینکه گراویتون‌ها جرم دارند یا خیر. هنوز مشخص نیست که آشکارساز فوتون-گراویتون تا چقدر حساس خواهد بود. حساسیت آشکارساز به ویژگی‌های طرح نهایی آن بستگی دارد. ما محققان ابراز امیدواری می‌کنیم که سرانجام آشکارساز قدرتمندی ساخته خواهد شد.»

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.