Explorowanie możliwości badania fundamentalnych symetrii czasoprzestrzeni za pomocą pamięci fal grawitacyjnych

6 Lipca, 2024 cecha

Ten artykuł został zrecenzowany zgodnie z procesem redakcyjnym i polityką Science X. Redaktorzy zwrócili uwagę na następujące cechy, zapewniając wiarygodność treści:

• sprawdzone fakty
• publikacja recenzowana przez ekspertów
• zaufane źródło
• przeczytane

przez Ingrid Fadelli, Phys.org

Zgodnie z przewidywaniami teorii względności, przejście fal grawitacyjnych może pozostawić mierzalną zmianę w wzajemnych pozycjach obiektów. To zjawisko fizyczne, znane jako pamięć fal grawitacyjnych, może potencjalnie być wykorzystane do badania zarówno fal grawitacyjnych, jak i czasoprzestrzeni.

Badacze z Gran Sasso Science Institute (GSSI) oraz International School for Advanced Studies (SISSA) przeprowadzili niedawno badania nad możliwością wykorzystania pamięci fal grawitacyjnych do pomiaru symetrii czasoprzestrzeni, fundamentalnych właściwości czasoprzestrzeni, które pozostają niezmienione po określonych transformacjach. Ich artykuł, opublikowany w Physical Review Letters, sugeruje, że te symetrie mogą być badane poprzez obserwację przesunięcia i pamięci spinowej.

'Od dłuższego czasu interesowałem się zjawiskiem pamięci fal grawitacyjnych i związkiem niskiej energii fizyki z mechaniką kwantową,' powiedział Boris Goncharov, współautor artykułu, w wywiadzie z Phys.org. 'Po raz pierwszy usłyszałem o twierdzeniu Weinberga o miękkich grawitonach od profesora Paula Lasky'ego na Uniwersytecie Monasha w Australii, podczas mojego doktoratu, kiedy omawialiśmy pamięć fal grawitacyjnych. Następnie dowiedziałem się o tzw. 'Trójkącie Podczerwieni', który łączy twierdzenie o miękkich grawitonach z pamięcią fal grawitacyjnych i symetriami czasoprzestrzeni na nieskończoności od źródeł fal grawitacyjnych.'

Twierdzenie Weinberga o miękkich grawitonach i 'trójkąt podczerwieni' to matematyczne formuły opisujące to samo zjawisko fizyczne: pamięć fal grawitacyjnych. W ramach swojego niedawnego badania, Goncharov i jego koledzy postanowili zbadać możliwość wykorzystania pamięci fal grawitacyjnych do badania symetrii czasoprzestrzeni.

'To zjawisko odgrywa rolę w trwającej próbie opisania teorii grawitacji Einsteina — Ogólnej Teorii Względności — jako kwantowej teorii pola na asymptotycznej granicy czasoprzestrzeni,' powiedział Goncharov.

'Ta koncepcja unifikacji w fizyce wydaje mi się istotna i obiecująca; uważam ją za bardzo ekscytującą. Nasz konkretny projekt powstał podczas dyskusji o nowych osiągnięciach w tej dziedzinie z prof. Laurą Donnay, współautorką publikacji.'

Kiedy przeglądali wcześniejszą literaturę w tej dziedzinie, badacze odkryli, że coraz więcej odległych symetrii czasoprzestrzeni było omawianych, lecz nie było jasne, które z tych symetrii i odpowiadające im terminy pamięci istnieją w naturze. Chociaż kilku fizyków badało możliwość wykrywania pamięci fal grawitacyjnych, Goncharov i jego koledzy nie byli pewni, jakie aspekty fizyki można by ograniczyć za pomocą ich pomiarów.

'Pomysł, że możemy testować te symetrie czasoprzestrzeni, był kluczowy w naszym badaniu,' wyjaśnił Goncharov. 'Innym aspektem jest to, że ja i prof. Jan Harms jesteśmy członkami zespołu Einstein Telescope, dla którego ważne było zbadanie możliwości obserwacyjnych pamięci fal grawitacyjnych. Einstein Telescope to następna generacja europejskiego, naziemnego detektora fal grawitacyjnych, planowana na lata 30. XXI wieku.'

Jak dotąd, badacze nie wprowadzili jeszcze konwencjonalnego podejścia do pomiaru symetrii czasoprzestrzeni poprzez obserwację efektów pamięci fal grawitacyjnych. Niedawny artykuł Goncharova i jego kolegów miał na celu wypełnienie tej luki w literaturze.

'Było wiele wcześniejszych ważnych prac skupiających się na (a) przewidywaniu, kiedy i za pomocą których instrumentów będziemy mogli wykryć różne terminy pamięci fal grawitacyjnych, (b) jak analitycznie obliczać efekty pamięci fal grawitacyjnych lub przy użyciu relatywistyki numerycznej oraz (c) jak różne modele symetrii czasoprzestrzeni generują te terminy pamięci,' powiedział Goncharov. 'Jednak dyskusja na temat symetrii czasoprzestrzeni w oparciu o zaobserwowane efekty pamięci wydawała się luką w literaturze.'

Niedawna praca tych badaczy może być postrzegana jako dowód zasady. W swojej pracy wprowadzają nowe testy obserwacyjne, które mogą być użyte do badania symetrii czasoprzestrzeni, jednocześnie wskazując na potencjalne ograniczenia ich sugerowanego podejścia, które mogą być adresowane w przyszłości.

Ogólnie, ich badania sugerują, że zakres testów teorii Ogólnej Teorii Względności może być rozszerzony. Ponadto, dostarczają użyteczne obliczenia, które mogą być wykonane za pomocą danych zebranych przez różne detektory fal grawitacyjnych.

Goncharov and his colleagues hope that their paper will open further discussions about spacetime symmetries and gravitational wave memory among others within their research community. These discussions could potentially pave the way towards the unification of various physics theories.

'At the moment, with Sharon Tomson (a new Ph.D. student at my current institute, AEI in Hannover, Germany), and Dr. Rutger van Haasteren, I am starting a search for gravitational wave memory with Pulsar Timing Arrays (PTAs).'

PTAs are tools for astronomical observation that collect highly stable and regular signals originating from pulsars (i.e., rapidly spinning neutron stars), using radio telescopes on Earth. These neutron stars behave like highly precise clocks, as they are sensitive enough to pick up delays and advances of radio pulses resulting from the propagation of gravitational waves across the Milky Way.

'PTAs are galactic-scale detectors, which currently seem to be gradually picking up a joint hum of slowly inspiraling supermassive binary black holes in the nearby universe. The signal yields slow variations in pulse arrival times that are most prominent on timescales of several years to decades,' Goncharov added.

'One standing out merger of supermassive binary black holes in a nearby galaxy may cause a gravitational wave burst with memory, detectable by PTAs. Although such bursts are very rare, we hope to extract some useful information from the data by placing limits on their existence.'

Journal information: Physical Review Letters , arXiv

© 2024 Science X Network