Танцы гравитонов: новые частицы позволяют заглянуть в сердце Вселенной

Группа ученых обнаружила новые частицы, которые могут разгадать тайну одной из самых загадочных сил Вселенной — гравитации. Исследование впервые демонстрирует экспериментальные доказательства существования так называемых хиральных гравитонных мод (CGM) в полупроводниковых материалах.

Частицы CGM по своим свойствам напоминают гравитоны — гипотетические элементарные частицы, которые отвечают за гравитацию. Открытие дает ученым уникальную возможность в лабораторных условиях изучать частицы, похожие на гравитоны, что может стать ключом к объединению квантовой механики и теории относительности Эйнштейна.

Авторы исследования отметили, что их эксперимент стал первым экспериментальным подтверждением концепции гравитонов, предложенной в рамках пионерских работ по квантовой гравитации с 1930-х годов, в системе конденсированного состояния.

Открытие было сделано в специфическом состоянии вещества, известном как жидкость с фракционным квантовым эффектом Холла (FQHE), которая представляет собой систему сильно взаимодействующих электронов, находящихся в двумерном пространстве при высоких магнитных полях и низких температурах. Такие электроны подчиняются так называемой квантовой метрике, которая, как предсказывалось, может порождать CGM в ответ на свет.

Разработанная методика позволила ученым наблюдать за взаимодействием специально поляризованного света с частицами, вращающимися подобно CGM. Наблюдаемые физические свойства CGM, включая их природу спин-2, характерные энергетические разрывы между основным и возбужденным состояниями, а также зависимость от так называемых коэффициентов заполнения, совпадают с предсказаниями, основанными на квантовой геометрии.

Открытие не только подтверждает существование CGM, но и может стать мостом между физикой высоких энергий, которая работает в самых больших масштабах Вселенной, и физикой конденсированного состояния, которая сосредоточена на изучении материалов и их уникальных свойств на атомном уровне.

В будущем исследователи планируют применить разработанные методики для изучения жидкости с дробным квантовым эффектом Холла (FQHE) на более высоких энергетических уровнях и других квантовых систем, где квантовая геометрия предсказывает уникальные свойства коллективных частиц, таких как сверхпроводники.