Гравитон

Гравито́н — гипотетическая элементарная частица — переносчик гравитационного взаимодействия без электрического заряда со спином 2 и двумя возможными направлениями поляризации. Термин «гравитон» был предложен в 1930-х годах, часто приписывается работе 1934 года Д. И. Блохинцева и Ф. М. Гальперина^[1][2].

Гипотеза о существовании гравитонов появилась благодаря успеху квантовой теории поля (особенно Стандартной модели) в моделировании поведения остальных фундаментальных взаимодействий с помощью подобных частиц: фотоны в электромагнитном взаимодействии, глюоны в сильном взаимодействии, W- и Z-бозоны в слабом взаимодействии. Следуя этой аналогии — за гравитационное взаимодействие также может отвечать некая элементарная частица.

Однако попытки расширить Стандартную модель гравитонами сталкиваются с серьёзными теоретическими сложностями в области высоких энергий (равных или превышающих планковскую энергию) из-за расходимостей квантовых эффектов (гравитация не ренормализуется). Решение этого вопроса было мотивом построения нескольких предложенных теорий квантовой гравитации (в частности, одной из попыток является теория струн). Несмотря на отсутствие в настоящее время полноценной теории квантовой гравитации, возможно квантование слабых возмущений заданного гравитационного поля в первом порядке по теории возмущений. В рамках такой линеаризованной теории элементарным возбуждением и является гравитон^[3]. Предполагаемый спин гравитона равен 2 по той причине, что плоская гравитационная волна носит квадрупольный характер, переходя сама в себя при повороте на 180° вокруг оси, параллельной направлению распространения.

В теориях супергравитации также вводится гравитино (спин — ³⁄₂) — суперпартнёр гравитона.

В струнной теории гравитоны, также как и другие частицы — это состояния струн, а не точечные частицы, и в этом случае бесконечности не появляются.

Краткий обзор различных семейств элементарных и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы слева, Бозоны справа. (пункты на картинке кликабельны)

В то же время при низких энергиях эти возбуждения можно рассматривать как точечные частицы. То есть гравитон, как и прочие элементарные частицы — это некоторое приближение к реальности, которое можно использовать в области низких энергий.

Ряд физиков отвергает саму гипотезу о гравитоне как несостоятельную^[4]. Например, если гравитоны существуют, то они должны излучаться чёрными дырами, что, вероятно, противоречит общей теории относительности.

Экспериментальное наблюдение

Из-за чрезвычайной слабости гравитационных взаимодействий, экспериментальное подтверждение — обнаружение отдельных гравитонов — в теории струн и других предсказывающих существование гравитонов теорий, в настоящее время не представляется возможным.

Гравитон в литературе

• Гравитон упоминается в цикле про Алису Селезнёву «Приключения Алисы» Кира Булычёва.
• Звездолёт «Урания» в «Гриаде» А. Колпакова снабжён гравитонным двигателем.
• Звездолёты из телесериала "Звёздный путь" снабжены технологиями на основе гравитонов (искусственная гравитация, навигационный дефлектор ,низкоуровневые силовые поля и т.д.)

См. также

• Гравитационные волны
• Квантовая гравитация

Источники