Nhà Vật Lý Đề Xuất Thí Nghiệm Thao Túng Sóng Hấp Dẫn Qua Tương Tác Ánh Sáng

Giáo sư Ralf Schützhold, nhà vật lý lý thuyết tại Trung tâm Helmholtz Dresden-Rossendorf (HZDR), đã trình bày một đề xuất thí nghiệm nhằm thăm dò khả năng thao túng trực tiếp các sóng hấp dẫn thông qua sự tương tác với sóng ánh sáng. Khái niệm này dựa trên nguyên tắc cơ bản rằng lực hấp dẫn tác động lên mọi dạng năng lượng, bao gồm cả bức xạ điện từ như ánh sáng. Schützhold, Giám đốc Viện Vật lý Lý thuyết tại HZDR, đã công bố ý tưởng này trong một bài báo khoa học năm 2025 trên tạp chí Physical Review Letters, mở ra một hướng đi mới trong việc tìm hiểu bản chất lượng tử của lực hấp dẫn.

Đề xuất của Schützhold tập trung vào việc truyền tải các gói năng lượng cực nhỏ, tương đương với các hạt graviton giả định, giữa một sóng ánh sáng và một sóng hấp dẫn đi qua. Nếu thành công, sự trao đổi năng lượng này sẽ dẫn đến sự gia tăng cường độ nhỏ của sóng hấp dẫn, đồng thời gây ra một sự thay đổi cực kỳ nhỏ trong tần số của sóng ánh sáng tương ứng. Quá trình này cũng có thể diễn ra theo chiều ngược lại, khi sóng hấp dẫn truyền năng lượng cho ánh sáng, làm mất đi một lượng tử năng lượng của không-thời gian trong khi trường laser thu nhận nó.

Việc đo lường những dịch chuyển tần số vi mô này đòi hỏi một thiết lập thực nghiệm quy mô lớn. Thiết lập này dự kiến sử dụng các xung laser được phản xạ lặp đi lặp lại giữa các gương trong một cấu trúc dài khoảng một kilômét, nhằm đạt được một quãng đường quang học hiệu dụng lên tới xấp xỉ một triệu kilômét. Thiết bị cần thiết phải có những nét tương đồng về mặt khái niệm với các máy dò sóng hấp dẫn hiện có, như LIGO, dự án được vận hành bởi Caltech và MIT. Đài quan sát LIGO vừa kết thúc đợt quan sát thứ tư (O4) vào ngày 18 tháng 11 năm 2025 và đang bước vào giai đoạn nâng cấp và bảo trì.

Schützhold gợi ý rằng việc áp dụng các photon vướng víu (entangled photons) có thể tăng cường đáng kể độ nhạy của giao thoa kế. Sự nhạy bén gia tăng này có thể cho phép các nhà nghiên cứu suy luận về trạng thái lượng tử của chính trường hấp dẫn. Thành công của thí nghiệm sẽ không phải là bằng chứng trực tiếp xác nhận sự tồn tại của hạt graviton, nhưng nó sẽ là một chỉ dấu mạnh mẽ ủng hộ lý thuyết dựa trên graviton; ngược lại, nếu thí nghiệm thất bại trong việc quan sát các hiệu ứng dự đoán, nó có thể bác bỏ lý thuyết hiện tại về hạt truyền tương tác của lực hấp dẫn. Việc dựa trên các khái niệm cơ sở hạ tầng đã được thiết lập mang lại một khuôn khổ tiềm năng cho sự phát triển trong tương lai, mặc dù những thách thức kỹ thuật được mô tả là vô cùng lớn.