Leuchtende Gravitonen?
Wenn wir die Welt in einem ausreichend kleinen Maßstab betrachten, stellen wir fest, dass sie eine körnige Struktur hat. Physiker haben Materieteilchen, Licht und die meisten Wechselwirkungen nachgewiesen - aber kein Experiment hat die körnigen Eigenschaften der Schwerkraft enthüllt.
Viele Physiker glauben, dass die Schwerkraft von massenlosen "Gravitonen" getragen werden muss, aber die Wechselwirkung mit bekannten Teilchen ist zu schwach, um nachgewiesen werden zu können. Einige Theoretiker sind auf die Idee gekommen, dass die Existenz der Gravitation bestätigt werden kann, wenn sich bei intensiven Gravitationsphänomenen, wie der Verschmelzung von Schwarzen Löchern, eine signifikante Anzahl von Gravitonen ansammelt. Im März veröffentlichte Physical Review Letters eine Analyse, die zeigt, dass solche gewalttätigen Katastrophen Gravitonen aus dem Schatten holen können.
Wo Energie ist, da ist auch Schwerkraft. Douglas Singleton, ein Physiker der California State University, der an der neuen Studie nicht beteiligt war, behauptet, dass Photonen - massenlose Pakete von Strahlungsenergie - sich in extrem seltenen Fällen spontan in Gravitationsteilchen umwandeln können. Das Gegenteil kann auch passieren: Gravitonen werden zu Photonen. Die neue Analyse betrachtet den Mechanismus, durch den Gravitonen milliardenfach so viele Photonen freisetzen können, wie frühere Studien gezeigt haben, was die Bestätigung ihrer Existenz erleichtern würde.
Raymond Sawyer, Autor der Arbeit und Physiker an der Universität von Kalifornien, Santa Barbara, sagt, dass eine grobe Schätzung auf der Grundlage der Dichte der Gravitonen in der Nähe des Kollisionsortes von Schwarzen Löchern nahe an der Zahl liegt, die nachweisbare Strahlung erzeugen würde.
Da er aus früheren Forschungen wusste, dass eine große Anzahl anderer massenloser Teilchen ihren Zustand plötzlich ändern kann (ein Phänomen, das als Quantendurchbruch bekannt ist), erstellte Sawyer ein Computermodell, um zu prüfen, ob sich Gravitonen ebenfalls auf diese Weise verhalten. Die Simulation zeigt, dass dies der Fall ist: Wenn die Dichte der Gravitonen hoch genug wird, verwandeln sich einige von ihnen plötzlich in Strahlungsteilchen. "Es ist ein bisschen wie die unerwartete Ankunft eines Sturms", vergleicht Sawyer. - Es gibt keine Anzeichen dafür, bis es eintrifft"
.
Bei Phänomenen wie der Verschmelzung von Schwarzen Löchern sollte es Bedingungen geben, unter denen Photonen der Radioaktivität mit vielen Kilometern Wellenlänge gebildet werden. Dieses Signal wäre sehr schwach, könnte aber auf der Erde empfangen werden. Laut Sawyer könnte es im Universum mehr gewalttätige Phänomene geben, als bisher beobachtet wurden. Die Wissenschaftler müssten die Brillanz der Radiowellen, die von den sich verbindenden Schwarzen Löchern erzeugt werden, von der Strahlung der umgebenden Gase unterscheiden. Zunächst müssen die Theoretiker jedoch prüfen, ob das Modell korrekt ist. Sawyer hofft, dass zukünftige Simulationen beweisen werden, dass die schnelle Bildung von Photonen auch in realistischeren Modellen intensiver Gravitationsphänomene stattfindet, in denen eine große Anzahl von Gravitonen komplexe Systeme bildet. Singleton stimmt zu, dass das Problem mehr Rechenleistung erfordert, da die derzeitige Analyse eine "enorme Vereinfachung" darstellt.