Theoretische Fysica: Experimenteel Concept om Gravitatiegolven via Licht te Beïnvloeden

Professor Ralf Schützhold, theoretisch fysicus verbonden aan het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), heeft een experimenteel concept voorgesteld om de interactie tussen passerende gravitatiegolven en lichtgolven te gebruiken voor de actieve beïnvloeding van de gravitatiegolven zelf. Het voorstel berust op het universele principe van de invloed van zwaartekracht op alle energievormen, inclusief elektromagnetische straling.

Schützhold, die in 2025 Directeur werd van het Instituut voor Theoretische Fysica bij HZDR, beschrijft in een publicatie uit 2025 in Physical Review Letters een mechanisme voor de overdracht van minuscule energiepakketjes, analoog aan hypothetische gravitonen, tussen de lichtgolf en de gravitatiegolf. Deze gecontroleerde energie-uitwisseling zou resulteren in een meetbare, zij het geringe, toename van de intensiteit van de gravitatiegolf, terwijl de lichtgolf een corresponderende, extreem kleine frequentieverschuiving zou ondergaan. Het omgekeerde proces, waarbij energie van de gravitatiegolf naar de lichtgolf wordt overgedragen, zou eveneens mogelijk moeten zijn.

De technische vereisten voor de meting van deze effecten, de gestimuleerde emissie en absorptie van gravitonen, zijn substantieel. De opzet vereist dat laserpulsen tot een miljoen keer heen en weer worden gereflecteerd tussen spiegels in een opstelling van circa één kilometer lang. Dit creëert een effectieve optische padlengte van ongeveer één miljoen kilometer, noodzakelijk om de minuscule frequentieverschuivingen detecteerbaar te maken met een nauwkeurig geconstrueerd interferometer.

De voorgestelde opzet deelt conceptuele overeenkomsten met bestaande detectoren voor gravitatiegolven, zoals LIGO, beheerd door Caltech en MIT en gesteund door de National Science Foundation. De LIGO-Virgo-KAGRA samenwerking sloot haar vierde observatieronde (O4) op 18 november 2025 af, waarna de observatoria een geplande onderbreking voor onderhoud en upgrades ingingen. Professor Schützhold suggereert dat het gebruik van kwantumverstrengelde fotonen de gevoeligheid van de interferometer significant zou kunnen verhogen, waardoor onderzoekers indirect de kwantumtoestand van het gravitatieveld zouden kunnen afleiden.

Een succesvolle meting zou de theorieën die gebaseerd zijn op het graviton sterk ondersteunen, terwijl het uitblijven van het effect deze theorieën van kwantumzwaartekracht zou ontkrachten. Het voorgestelde experiment positioneert zich daarmee op het snijvlak van de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica, en bouwt voort op de vaststelling dat de lichtsnelheid in vacuüm constant is, een eigenschap die ook in de huidige LIGO-detectoren wordt benut.