כמה כבד יכול להיות גרביטון?
מדענים מנסים לקבוע את המאפיינים של גרביטונים לקבוע - של חלקיק היפותטי, האחד אינטראקציה כבידה תרגילים ב- im כתב עת לאסטרופיזיקה באנרגיה גבוהה בעבודתם שפורסמה, פרופ' מרק ביסיאדה ועמיתיו מצאו מגבלה חדשה על מסת הגלקסיה מניתוח של 12 צבירי גלקסיות גרביטונים נִגזָר. הוא חזק בשבעה סדרי גודל מהמגבלות הנובעות מהתצפיות של גלי הכבידה לגרום.
למות תורת היחסות הכללית (GRT) שינה את הרעיונות שלנו לגבי כוח המשיכה. אחרי עקומות ה-ART משנה מרחב-זמן, וכל העצמים נעים במרחב-זמן המעוקל הזה לאורך נתיבים ספציפיים גיאודיסטים נקראים בשם, כל עוד הם אינם מושפעים מאינטראקציות אחרות, שאינן גרביטציוניות. משוכפל עבור עקומות לא גדולות במיוחד של מרחב-זמן ומהירויות קטנות בהשוואה למהירות האור התיאוריה של איינשטיין חוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון, שבו אנו עדיין משתמשים בהצלחה כדי להסביר את תנועת כוכבי לכת או כוכבים ב גלקסיות לתאר.
אנו יודעים ששלושת האינטראקציות הבסיסיות האחרות - ה אינטראקציה אלקטרומגנטית עם טווח ארוך כמו גם החלש וה אינטראקציה חזקההשולטים בחומר ברמה התת-אטומית - הם מכאניים קוונטיים באופיים. בתוך ה תיאור קוונטי אינטראקציה כרוכה בחילופי החלקיק (בוזון) הנושא אותו. עבור אלקטרומגנטיות, זהו הפוטון - חלקיק אור, קוונטי של הגל האלקטרומגנטי. עבור האינטראקציה החזקה והחלשה, אלו הגלואונים או הבוזונים Z ו-W. במשך יותר ממאה שנים, פיזיקאים מנסים כוח הכבידה האוניברסלי באותו אופן וחפשו תורת קוונטים של כּוֹחַ הַכּוֹבֶד. באנלוגיה לאינטראקציות אחרות, חלקיק נושא כבידה היפותטי יהיה מה שנקרא גרביטון. בגלל הטווח האינסופי של אינטראקציה כבידה, ההולך ופוחת עם ריבוע המרחק, זה יצטרך להיות גרביטון - כמו הפוטון - להיות חסר מסה. עם זאת, אלו רק תחזיות תיאורטיות שצריך לאמת בניסוי.
מקור תמונה: Pixabay / אלה
בהתחשב במאפיינים של היפותטי גרביטונים נלמד, אפשר לשאול את השאלה ההפוכה: אילו השלכות נצפות צריכות להופיע בתמונת היקום והדינמיקה שלו הזמינה לנו אם לגרביטון היו תכונות שונות ממה שאנחנו מצפים - למשל, אם היה לו קטן מאוד, אבל לא אפס , לאחד תהיה מסה? אם נתוני התצפית - שתמיד נתונים לאי ודאויות - עם ההשערה של חסר מסה גרביטונים מסכים, אז אי הוודאות הקשורה לנתונים אלו מאפשרת את המסה המקסימלית של גרביטונים מוערך מראש, כלומר הוא מאפשר לענות על השאלה עד כמה קל יכול להיות הגרביטון, כך שההשלכות של המסה שלו עדיין לא עומדות בסתירה לנתוני התצפית. במאמר שפורסם ב-Journal of High Energy Astrophysics, פרופ' מארק ביסיאדה מה-NCBJ יחד עם דר. אלכסנדרה פיורקובסקה-קורפס מאוניברסיטת שלזיה ופרופ' שו קאו מאוניברסיטת בייג'ינג הרגילה פרסמו אזהרה לגבי מסת גרביטון נמצאו מ"ג < 5-10^-29 eV.
לכל חלקיק יש אורך אופייני ש מה שנקרא אורך גל קומפטון, שהוא ביחס הפוך למסה שלו, מסביר פרופ' מרק ביסיאדה. ככל שהמסה גדולה יותר, כך אורך הגל של אותו גל קטן יותר. עבור חלקיקים המקיימים אינטראקציה, אורך הגל של קומפטון קובע את טווח האינטראקציה. מסה אפס פירושה אורך גל קומפטון אינסופי, כלומר טווח אינסופי. במקרה אלקטרומגנטיות התיאוריה חוזה שהפוטון צריך להיות חסר מסה. כך גם לגבי כוח הכבידה. אז מבחן המסה של הגרביטון הוא מבחן של התיאוריה. הם מהווים מבחן חשוב מאוד שכן כמה חוקרים הציעו תיאוריות שמשנות את ה-ART ומנבאות שתחום ה- אינטראקציה כבידה צריך להיות סופי. בתיאוריות כאלה זה יקרה פוטנציאל ניוטוני שונה: במרחקים גדולים, ה כוח כבידה מהיר יותר מריבוע המרחק.