Поймать гравитацию за хвост экспресс
Камень падает в пруд — и круги бегут во все стороны. Примерно так же массивное тело рождает рябь в пространстве-времени. Только колеблется не вода, а сама ткань реальности, и вместо кругов — гравитационные волны. До сих пор их ловили огромные установки вроде LIGO, способные уловить дрожь от слияния чёрных дыр. Новая идея гораздо скромнее по масштабу: поймать не волну, а отдельный «всплеск» — гравитон, квант гравитации, в лабораторном стакане.
В центре замысла — конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК), облачко атомов, охлаждённое так сильно, что все они сливаются в одно гигантское квантовое состояние. Это похоже на хор, где тысячи голосов поют в унисон: малейший шум сразу заметен. Авторы рассчитали, что если два таких облачка поместить рядом и запутать их (связать невидимой нитью), пролетающий гравитон нарушит эту связь. Потеря запутанности — вот он, сигнал.
Расчёты обнадёживают: детектор на основе запутанных БЭК способен зарегистрировать гравитон за несколько лет непрерывной работы. Конечно, пока это только теория, но она прокладывает путь к эксперименту. Если всё получится, мы впервые «услышим» квантовый шёпот гравитации — не грохот далёких катастроф, а тихий голос самой природы. И тогда круги на воде из первой фразы обретут новое значение: от макроскопической ряби мы спустимся к её мельчайшей частице.
Конденсат Бозе-Эйнштейна иногда называют «пятым состоянием вещества» — после твёрдого, жидкого, газообразного и плазмы. В нём атомы теряют индивидуальность и ведут себя как одна гигантская частица.
В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетяне передают людям чертежи машины, способной улавливать гравитационные волны. Здесь же мы пытаемся построить нечто подобное, но для квантов гравитации.