Гравитон

Гравито́н — гипотетическая безмассовая элементарная частица — переносчик гравитационного взаимодействия без электрического заряда. Должен обладать 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.

Ряд физиков отвергает саму гипотезу о гравитоне как несостоятельную^[3]. Например, если гравитоны существуют, то они должны излучаться чёрными дырами, что, вероятно, противоречит Общей теории относительности.^{[источник не указан 137 дней]}

Возможно также, что гравитоны являются квазичастицами, удобными для описания слабых гравитационных полей в масштабах длины и времени, существенно больших планковской длины и планковского времени, но непригодными для описания сильных полей и процессов с характерными масштабами, близкими к планковским.^{[источник?]}

В различных теориях

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

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^[4]. 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. 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.

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.)
• В мультфильме «Незнайка на Луне» на конференции лунных ученых.

См. также

• Гравитационные волны
• Квантовая гравитация
• Gravitonas — шведская поп-группа

Источники

1. ↑ Блохинцев Д. И., Гальперин Ф. М. Гипотеза нейтрино и закон сохранения энергии. «Под знаменем марксизма», 6 (1934) 147—157.
2. ↑ Горелик Г. Е. Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию нерешенной проблемы. «Успехи физических наук», том 175, выпуск 6, 2005.
3. ↑ Белрад, Брайан. Что не так с гравитонами? // American Chronicle, 26 января 2008.
4. ↑ DeWitt B. Quantum theory of gravity I // Physical Review 160, 1113—1148 (1967).
   DeWitt B. Quantum theory of gravity II: the manifestly covariant theory // Physical Review 162, 1195—1239 (1967).
   DeWitt B. Quantum theory of gravity III: application of the covariant theory // Physical Review 162, 1239—1256 (1967).
   Систематическое изложение: Девитт Б. С. Динамическая теория групп и полей: Пер. с англ. / Под ред. Г. А. Вилковыского. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. — 1987. — 288 с.
   репринтное переиздание: Череповец: Меркурий-ПРЕСС, 2000. ISBN 5-11-480064-7.

Частицы в физике

 

Элементарные частицы	Фермионы Кварки u · d · c · s · t · b Лептоны e− · e+ · μ− · μ+ · τ− · τ+ · νe · νe · νμ · νμ · ντ  · ντ Бозоны Калибровочные бозоны γ · g · W-бозон · Z-бозон бозоны Хиггса H0 Другие Ду́хи Гипотетические Суперпартнёры Гейджино Чарджино · Глюино · Гравитино · Нейтралино Другие Аксино · Хиггсино · Сфермион Другие A0 · Дилатон · G · J · Тахион · X · X (4140) Y · W’ · Z’ · Стерильное нейтрино
Составные частицы	Адроны Барионы / Гипероны Нуклоны (p · p · n · n)  · Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω Мезоны / Кварконии π · ρ · η · η′  · φ · ω  · J/ψ · ϒ · θ · K · B · D · T Другие Атомные ядра · Атомы · Экзотические атомы (Позитроний · Мюоний · Кварконий) · Молекулы Гипотетические Экзотические адроны Экзотические барионы Дибарион · Пентакварк Экзотические мезоны Глюбол · Тетракварк Другие Мезонная молекула · Померон
Квазичастицы	Солитон Давыдова · Экситон · Биэкситон · Магнон · Фонон · Плазмон · Поляритон · Полярон · Примесон · Ротон · Биротон · Дырка · Электрон · Куперовская пара · Орбитон · Трион · Фазон · Флуктуон · Энион · Холон и спинон
Списки	Список частиц · Список квазичастиц · Список барионов · Список мезонов · История открытия частиц