Budeme chytat gravitační vlny Boseho–Einsteinovým kondenzátem?  
Dnešní gravitační observatoře nejsou právě malé. A přesto sotva zvládnou detekovat gravitační vlny těch nejdivočejších srážek ve vesmíru. Detektory s kvantovou polévkou Boseho-Einsteinova kondenzátu by mohly být mnohem menší.
Boseho–Einsteinův kondenzát. Kredit: LENS.
Boseho–Einsteinův kondenzát. Kredit: LENS.

Dnes už víme s jistotou, že v divokých srážkách velmi hmotných těles vznikají gravitační vlny, které pak můžeme na Zemi detekovat. Problém je v tom, že gravitační vlny jsou ve skutečnosti nesmírně slaboučké. Reálně můžeme detekovat jenom ty nejsilnější ze všech a i u nich jsme na samotné hraně možností našich přístrojů. Momentálně k tomu potřebujeme rozlehlé gravitační observatoře kilometrových velikostí. Co kdybychom ale zkusili něco jiného?


Německý fyzik Ralf Schützhold z centra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a techniky TU Dresden a další odborníci zkoumají možnost, že bychom k detekci přízračných gravitačních vln mohli využít podivuhodný Boseho-Einsteinův kondenzát a jeho kvantové vlastnosti.

 

Ralf Schützhold. Kredit: TU Dresden.
Ralf Schützhold.
Kredit: TU Dresden.

Albert Einstein už v roce 1916 tvrdil, že pohyby hmotných těles vytváří gravitační vlny, které rozvlní časoprostor a šíří se v něm rychlostí světla. Měly se pohybovat vlastně stejně, jako elektromagnetické vlny. Působení gravitačních vln je ale za normálních okolností natolik slabé, že sám Einstein nevěřil v jejich detekci. Jsou skutečně neuvěřitelně slabé. Když se tak obrovská hmota, jako je třeba Země, pohybuje na oběžné dráze kolem Slunce rychlostí asi 30 kilometrů za sekundu, tak při tom vznikají gravitační vlny o výkonu tak asi 300 wattů. To by nestačilo ani na běžný vysavač.

 

Z těchto důvodů jsme na Zemi zatím dokázali detekovat jenom gravitační vlny, které se k nám připlavily ze zběsilých srážek nesmírně hmotných těles. Jako je například srážka dvou černých děr, z nichž každá váží několik desítek Sluncí. I v takovém případě ale potřebujeme veliké gravitační observatoře, v nichž se gravitační vlna projeví změnou délky o zlomek biliontiny milimetru.


Bylo by skvělé, kdybychom to zvládli s menšími detektory. To je šance pro Boseho-Einsteinův kondenzát. Atomy této pozoruhodné hmoty se pohybují synchronizovaně. Když se ale skrz ně provlní výrazná gravitační vlna, tak by to mohlo ovlivnit kvazičástice fonony, které šíří vibrační kvanta. Je to podobné, jako když jsou vlny ve velké nádrži s vodou narušeny vlnami vyvolanými zemětřesením.

 

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Mohli bychom tedy postavit malé a velmi citlivé detektory gravitačních vln s Boseho-Einsteinovým kondenzátem? Podle Schützholda to zatím ještě nepůjde. Potřebovali bychom totiž takové množství této podivuhodné kvantové substance, že to o několik řádů překračuje možnosti soudobých experimentů. V dnešní době jsou fyzici velmi rádi, když vyrobí Boseho-Einsteinův kondenzát s 1 milionem ultrachladných atomů rubidia. Pro realistickou detekci gravitačních vln bychom ale potřebovali mnohem více nežli milionkrát vyšší počet takových atomů.

 

Schützhold zároveň nabízí ještě další možnost detekce gravitačních vln. Podle něj totiž nepotřebujeme vyloženě čistý Boseho-Einsteinův kondenzát. Pokud se helium zchladí na méně než dva stupně nad absolutní nulou, tak z něj vznikne supratekuté helium. To je hmota, v níž je o něco méně než 10 procent synchronizovaných atomů helia, které odpovídají atomům Boseho-Einsteinova kondenzátu. Výhodou je, že supratekutého helia zvládneme vyrobit mnohem víc, nežli čistého Boseho-Einsteinova kondenzátu. A ve velkém množství supratekutého helia bude i veliké množství synchronizovaných atomů. Podle Schützholda ale není jasné, zda by bylo možné supratekuté helium skutečně používat k detekci gravitačních vln. To prý bude vyžadovat extrémně komplexní a složité propočty. Minidetektory s kvantovými substancemi tedy zatím nejsou na pořadu dne.

Video: Ralf Schützhold - Partner modes and bi-partite vs multi-partite entanglement


Literatura
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 12. 12. 2018, Physical Review D 98: 105019.

Datum: 14.12.2018
Tisk článku

Související články:

Zvítězí stolní detektor gravitačních vln?     Autor: Stanislav Mihulka (05.12.2014)
První detekce gravitačních vln ze splynutí neutronových hvězd     Autor: Vladimír Wagner (16.10.2017)
Extrémní rovinné gravitační vlny by při srážce mohly vytvořit černou díru     Autor: Stanislav Mihulka (26.08.2018)



Diskuze:

gwave

Boris Lukáč,2018-12-15 11:39:58

... a čo tak identifikovat grav.vlny pri zatmeni slnka mesiacom , kde su tieto grav. vlny extremne silne oproti tym detekovane ligo-m pri zrazkach blacholes.
Je to sice pomalobezny jav , ale ligo by to malo zachytit. (??)
Taketo detekcie zmien gravitacie pri zatmeni prevadzane s fyz. kyvadlamy - viď kontroverzny "Allaisův jev"

Odpovědět


Re: gwave

Pavel Hudecek,2018-12-15 13:37:00

Při zatmění v r. 2009 Číňani pečlivě měřili a kývali... uplynulo 9 let a žádné Nobelovky za to nepadly, takže můžeme s vysokou jistotou předpokládat, že Allaisovi se jen něco nepovedlo (nebo si to prostě vymyslel) a gravitace normálně funguje podle Newtona/Einsteina.

Odpovědět


Re: Re: gwave

Milan Krnic,2018-12-16 19:13:00

Jiná možnost je, že dodnes analyzují chyby. Pokud objevy bez analýz přinášejí Nobelovky, pak pokus o takový objev s precizní analýzou přináší jedině smrt, protože za života se to zvládnout nedá. Zkrátka chyba perfekcionistů. Kterými žádný z vámi uvedených pánu nebyli, a to je pro vědecký pokrok nutné, jenže k tomu je nutné nebát se, čemuž zrovna model přidělování dotací nefandí. Pohybujeme se, když už, pomaličku!
Cyril Höschl: Dřív nebyla šance šířit blbosti tak rychle jako dnes
https://www.youtube.com/watch?v=qqQ89pvydsI

Odpovědět

Délka antény

Jan Novák9,2018-12-15 09:27:27

Délka antény je důležitá, příliš malá anténa zachytí jen vysoké frekvence.

Odpovědět

Zbytečně

Petr Petr,2018-12-15 07:26:02

Chápu, že věda je převážně o slepých uličkách. Někteří je ale vyhledávání, aby mohli publikovat, a tak finančně přežili. To je jednoduché vymyslet kombinace, které v současné době jsou daleko mimo reálné možnosti. To není konstruktivní.

Odpovědět


Re: Zbytečně

Štefan Ürge,2018-12-15 08:09:21

Nezmysel! Nápady sa majú publikovať: inšpiruje to ostatných, ktorí prídu s lepšími, alebo s návrhom, ako ten nápad realizovať. Veda je o hľadaní :-), pričom sa a mnohých nápadoch môže ukázať, že sú to slepé uličky. Mnoho nápadov bolo realizovaných až po desaťročiach, alebo ešte ani nie. Reagovali by ste takto na nápad fúzneho reaktora???

Odpovědět

Skvělé, takže se blíží doba

Václav Dvořák,2018-12-14 23:39:11

doba, kdy budeme na Zemi schopni přesně detektovat každou větší kosmickou událost? Škoda, že to helium stále, jako jediný prvek, uniká ven do Vesmíru. A přitom v měsíčním rigolitu jsou ho megatuny :D To jsou krásné paradoxy.

Odpovědět


Re: Skvělé, takže se blíží doba

Karel Ralský,2018-12-19 20:48:20

A není to jen hélium ale i deutérium nebo tritium či Lithium, perspektivní prvky termojaderné reakce nebo pohonu kosmických i mezihvězdných lodí.
A hlavně pod povrchem vodu(díky přineseným meteoritům a neexistující tektonice nepřítomnosti tekuté vody a téměř koncentrované relativně dostupné) dostupné, zlato, diamanty, titan(přímo na povrchu), ....

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace