Fizyk z HZDR proponuje eksperyment aktywnej manipulacji falami grawitacyjnymi światłem

Profesor Ralf Schützhold, fizyk teoretyczny z Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), przedstawił nową koncepcję badawczą zakładającą możliwość aktywnego sterowania falami grawitacyjnymi poprzez ich interakcję z falami świetlnymi. Teza ta opiera się na fundamentalnej zasadzie, że grawitacja oddziałuje na każdą formę energii, włączając w to promieniowanie elektromagnetyczne. Schützhold, który objął stanowisko Dyrektora Instytutu Fizyki Teoretycznej w HZDR w 2025 roku, szczegółowo opisał swoją ideę w publikacji z 2025 roku w periodyku „Physical Review Letters”.

Proponowany mechanizm zakłada transfer mikroskopijnych pakietów energii, hipotetycznie analogicznych do grawitonów, pomiędzy przechodzącą falą grawitacyjną a falą świetlną. Ta wymiana energii miałaby skutkować nieznacznym podwyższeniem intensywności fali grawitacyjnej, wywołując jednocześnie ekstremalnie niewielką zmianę częstotliwości w fali świetlnej. Choć koncepcja jest głęboko teoretyczna, jej potencjalne implikacje dla kwantowej natury grawitacji są znaczące, stanowiąc próbę empirycznego zbadania cząstki przenoszącej oddziaływanie grawitacyjne.

Realizacja eksperymentu wymagałaby ogromnej skali i złożoności geometrycznej. Aby zmierzyć tę ulotną zmianę częstotliwości, impulsy laserowe musiałyby zostać odbite milion razy pomiędzy lustrami umieszczonymi w układzie o długości kilometra, co dałoby efektywną długość drogi optycznej rzędu miliona kilometrów. Ostateczne przesunięcia częstotliwości miałyby być wykrywalne dzięki precyzyjnie skonstruowanemu interferometrowi, podobnemu konstrukcyjnie do instrumentów używanych do detekcji fal grawitacyjnych, takich jak LIGO, eksploatowane wspólnie przez Caltech i MIT oraz wspierane przez National Science Foundation.

Profesor Schützhold zasugerował, że zastosowanie splątanych fotonów mogłoby znacząco zwiększyć czułość interferometru, umożliwiając badanie kwantowego stanu samego pola grawitacyjnego. Pomyślny wynik eksperymentu silnie sugerowałby obecność grawitonu, podczas gdy niepowodzenie obaliłoby obecną teorię opartą na tej cząstce. Warto odnotować, że międzynarodowa współpraca LVK, zarządzająca detektorami LIGO, Virgo i KAGRA, zakończyła swój czwarty bieg obserwacyjny (O4) 18 listopada 2025 roku, po okresie obserwacji trwającym od maja 2023 roku, i obecnie przechodzi fazę modernizacji przed planowanym startem biegu O5 jesienią 2026 roku.

Koncepcja Schützholda, choć technicznie wymagająca, opiera się na sprawdzonych paradygmatach interferometrii, które są kluczowe dla współczesnej astronomii fal grawitacyjnych. Badania nad manipulacją światłem, prowadzone między innymi przez naukowców z Uniwersytetu Heriot-Watt w Edynburgu, wskazują na ciągłe przesuwanie granic kontroli nad optyką, co może mieć znaczenie dla przyszłych, bardziej czułych detektorów. Sukces w obserwowaniu przesunięcia częstotliwości światła byłby kamieniem milowym w fizyce, łączącym optykę z grawitacją kwantową.