Detektor gravitonů. Kredit: J. Pikovski.

Fyzika má problém. Tedy ona jich má spoustu, ale ten úplně hlavní je přetrvávající osudový rozpor mezi obecnou relativitou a kvantovou mechanikou. Voda a oheň. Bolestně je to znát například při studiu gravitace. Obecná relativita chápe gravitaci jako hladké zakřivení prostoru a času, zatímco kvantová mechanika potřebuje všechno kvantovat, tedy rozložit na jednotlivé částice a jejich interakce. Pokud by gravitace měla být kvantová, což je vytoužený cíl, vyžaduje to kvanta gravitace čili gravitony.

Igor Pikovski. Kredit: Stevens Institute of Technology.

Problém je, že nikdo nikdy žádný graviton neviděl. Jejich detekce byla považována za nemožnou a kvantová gravitace, o které se často mluví, zůstává v podstatě teoretickou záležitostí. Jenomže, časy se mění a věda se vyvíjí. Igor Pikovski ze Stevens Institute of Technology v roce 2024 navrhl, jak gravitony detekovat.

Jack Harris. Kredit: Yale University.

Je to pozoruhodný nápad, který spojuje detekci gravitačních vln, k níž poprvé došlo v roce 2015 a pokrok ve kvantovém inženýrství, když Jack Harris z Yale University v roce 2022 dokázal ovládat a měřit jednotlivá vibrační kvanta v supratekutém heliu. Pikovski si to představuje tak, že procházející gravitační vlna by teoreticky mohla dostatečně masivnímu kvantovému systému předat jeden graviton.

V takovém případě by mělo dojít k nepatrné, ale měřitelné změně energie. Problém je, že gravitony téměř nikdy neinteragují s hmotou. Pokud by ale šlo o skutečně masivní, asi tak kilogramový kvantový systém a intenzivní gravitační vlnu, vlnící se vesmírem z nějaké srážky černých děr či neutronových hvězd, pak je podle Pikovskiho možné, že dojde k absorpci jediného gravitonu.

Jak už to ve vědě chodí, Pikovski spojil síly s Harrisem, sehnali peníze od W. M. Keck Foundation a vyvíjejí rezonátor se supratekutým heliem v centimetrovém měřítku. Podle Harrise už mají všechny zásadní nástroje k dispozici a dovedou detekovat jednotlivá kvanta v makroskopických kvantových systémech. Teď už je to prý v podstatě jenom otázka měřítka. Musejí se dostat z gramového rezonátoru na kilogramový, při zachování jeho kvantových vlastností. Každopádně mají sympaticky ohromné ambice. Dostat gravitaci do experimentální fyziky. Držme jim palce!

Video: Can we Measure Quantum Spacetime? | Igor Pikovski Interview

Video: [QWAY at WL] Testing quantum mechanics on a macroscopic scale, Jack Harris, Yale

Video: The Gravity Particle Should Exist. So Where Is It?

Literatura

Stevens Institute of Technology 15. 1. 2026.

Nature Communications 15: 7229.

Physical Review Letters 128: 183601.