Ранняя Вселенная напоминала переполненный зал, где тяжёлые частицы сталкивались и распадались в оглушительном темпе. Среди них могли быть скалярные лептокварки — частицы, которые одновременно цепляются за кварк (кирпичик материи) и лептон (например, электрон). В рамках теории великого объединения, где все силы природы сливаются в одну, эти лептокварки обязаны быть очень массивными. Иначе протон распадался бы слишком быстро, а эксперименты этого не видят.
Когда такая махина распадается, квантовая гравитация заставляет её испустить гравитоны — кванты гравитационных волн. Это похоже на тормозное излучение: частица резко меняет своё состояние и «вздрагивает» искривлением пространства-времени. Чем тяжелее лептокварк, тем заметнее этот процесс. Авторы проследили, как менялась плотность этих частиц в расширяющейся Вселенной, решая уравнение Больцмана — главный инструмент для описания эволюции числа частиц. Оказалось, что рождённые гравитационные волны должны заполнять космос высокочастотным фоном.
Такой сигнал не поймать обычными лазерными интерферометрами вроде LIGO. Нужны детекторы на основе резонансных полостей — по сути, крошечные металлические комнаты, где гравитационная волна заставляет стенки дрожать на строго определённой частоте. Если сигнал обнаружат, это станет первым прямым свидетельством квантовой природы гравитации и окном в эпоху, когда все взаимодействия были едины.
Гравитационные волны от лептокварков могут иметь частоту порядка гигагерц — примерно столько же, сколько излучает ваш Wi-Fi роутер, только несущую не котиков из интернета, а отпечаток рождения Вселенной.
В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетный сигнал содержал чертежи машины, способной создавать гравитационные волны для путешествий сквозь пространство-время — подобно тому, как лептокварки порождают их естественным образом при распаде.