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新理论认为光子可以揭示“巨大引力”,这是一种全新的设计



与世界上最灵敏的重力波探测器相比。引力波或时空的涟漪一直在地球上穿行,携带着关于宇宙的秘密。但是直到几年前,我们根本无法检测到这些波,即使到现在,我们也只有最基本的能力来检测宇宙的伸展和挤压。

但是,提出了一种新的引力波猎人,它将测量光和引力粒子之间的相互作用,从而可以改变这种情况。在此过程中,它可以回答有关暗能量和宇宙膨胀的重大问题。

如今,地球上的三个探测器合在一起称为激光干涉仪重力波天文台(LIGO)和处女座,它们根据相同的原理进行操作:当引力波穿过地球时,它微弱地伸展并压缩时空。通过测量激光长距离传播所需的时间,探测器可以注意到时空大小的变化。但是变化是微小的,需要非常敏感的设备和统计方法来检测。

在这篇新论文中,三位研究人员提出了一种全新的方法:通过寻找引力子(承载引力的理论粒子)与光子(构成光的粒子)之间的直接相互作用来寻找引力波。印度乔德普尔印度理工学院新论文和物理学家苏巴什·巴纳吉(Subhashish Banerjee)认为,通过研究光子与引力子相互作用后的光子,您应该能够重构引力波的性质。

Banerjee说,这种检测器将比现有的检测器便宜得多并且易于制造。“测量光子是人们非常了解的东西,” Banerjee告诉Live Science。“它的研究非常透彻,而且肯定比LIGO的设置更具挑战性。”没有人确切地知道引力子和光子将如何相互作用,主要是因为引力子仍然完全是理论上的。没有人曾经孤立过。

但是,这篇新论文背后的研究人员做出了一系列理论上的预测:当引力子流撞击光子流时,这些光子会散射。而且这种散射会产生出模糊的,可预测的模式-物理学家可以使用研究光的量子物理学家开发的技术来放大和研究这种模式。

自爱因斯坦时代以来,将小量子世界的物理学与大规模的引力和相对论物理学联系起来一直是科学家们的目标。但是,尽管新建议的研究引力波的方法将使用量子方法,但它并不能完全弥补微小到大型的缺口。他补充说:“但是,这是朝这个方向迈出的一步。”他说,探究引力子的直接相互作用可能会解决关于宇宙的其他一些深奥的谜团。

作者在论文中指出,光散射的方式将取决于引子的具体物理性质。根据爱因斯坦的广义相对论,引力子是无质量的,并且以光速传播。但是根据一系列被称为“大重力”的理论,引力子的质量和运动速度都比光速慢。一些研究人员认为,这些想法可以解决诸如暗能量和宇宙膨胀之类的问题。

Banerjee说,使用光子散射检测引力波可能会有副作用,告诉物理学家大重力是否正确。Banerjee说,没人知道这种光子重力探测器最终会变得多么灵敏。这将在很大程度上取决于检测器的最终设计特性,目前,尚无任何结构在建造中。但是,他说,他和他的两位合著者希望实验家们很快就可以开始研究。
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