Graviton

Se presupune că interacțiunile gravitaționale sunt mediate de o particulă elementară încă nedescoperită, supranumită graviton. Celelalte trei forțe cunoscute ale naturii sunt mediate de particule elementare: electromagnetismul de către foton, interacțiunea puternică de către gluoni, iar interacțiunea slabă de către bosonii W și Z. Toate aceste trei forțe par să fie descrise cu exactitate de modelul standard al fizicii particulelor. În limita clasică, o teorie reușită a gravitonilor s-ar reduce la relativitatea generală, care la rândul ei se reduce la legea gravitației a lui Newton în limita câmpului slab.

Termenul graviton a fost inițial inventat în 1934 de fizicienii sovietici Dmitrii Blokhintsev și F.M. Gal’perin.

Gravitonii și renormalizareaEdit

Când se descriu interacțiunile gravitonice, teoria clasică a diagramelor Feynman și corecțiile semiclasice, cum ar fi diagramele de o buclă, se comportă normal. Cu toate acestea, diagramele Feynman cu cel puțin două bucle conduc la divergențe ultraviolete. Aceste rezultate infinite nu pot fi eliminate deoarece relativitatea generală cuantificată nu este renormalizabilă perturbativ, spre deosebire de electrodinamica cuantică și de modele precum teoria Yang-Mills. Prin urmare, se găsesc răspunsuri incalculabile din metoda perturbațiilor prin care fizicienii calculează probabilitatea ca o particulă să emită sau să absoarbă gravitoni, iar teoria își pierde veridicitatea predictivă. Aceste probleme și cadrul de aproximare complementară sunt motive pentru a arăta că este necesară o teorie mai unificată decât relativitatea generală cuantificată pentru a descrie comportamentul în apropierea scării Planck.

Comparație cu alte forțeEdit

Ca și purtătorii de forță ai celorlalte forțe (vezi foton, gluon), gravitația joacă un rol în relativitatea generală, în definirea spațiu-timpului în care au loc evenimentele. În unele descrieri, energia modifică însăși „forma” spațiu-timpului, iar gravitația este un rezultat al acestei forme, o idee care, la prima vedere, poate părea greu de compatibilizat cu ideea unei forțe care acționează între particule. Deoarece invarianța de difeomorfism a teoriei nu permite ca un anumit fond spațio-temporal să fie desemnat ca fiind „adevăratul” fond spațio-temporal, se spune că relativitatea generală este independentă de fond. În schimb, modelul standard nu este independent de fundal, spațiul Minkowski beneficiind de un statut special ca spațiu-timp de fundal fix. Pentru a reconcilia aceste diferențe, este necesară o teorie a gravitației cuantice. Dacă această teorie ar trebui să fie independentă de fundal este o întrebare deschisă. Răspunsul la această întrebare va determina înțelegerea noastră cu privire la rolul specific pe care îl joacă gravitația în soarta universului.

Gravitonii în teoriile speculativeEdit

Teoria corzilor prezice existența gravitonilor și a interacțiunilor lor bine definite. Un graviton în teoria perturbativă a corzilor este o coardă închisă într-o stare vibrațională foarte particulară de energie joasă. Împrăștierea gravitonilor în teoria corzilor poate fi calculată, de asemenea, din funcțiile de corelație din teoria câmpurilor conforme, așa cum dictează corespondența AdS/CFT, sau din teoria matricelor.

O caracteristică a gravitonilor în teoria corzilor este că, fiind corzi închise fără puncte finale, aceștia nu ar fi legați de brane și s-ar putea mișca liber între ele. Dacă trăim pe o brană (așa cum presupun teoriile branelor), această „scurgere” a gravitonilor din brană în spațiul supradimensional ar putea explica de ce gravitația este o forță atât de slabă, iar gravitonii din alte brane adiacente celei proprii ar putea oferi o explicație potențială pentru materia întunecată. Cu toate acestea, dacă gravitonii s-ar mișca complet liber între brane, acest lucru ar dilua prea mult gravitația, provocând o încălcare a legii inversului pătratului a lui Newton. Pentru a combate acest lucru, Lisa Randall a descoperit că o triplă brană (cum ar fi a noastră) ar avea o atracție gravitațională proprie, împiedicând gravitonii să se deplaseze liber, ceea ce ar putea avea ca rezultat gravitația diluată pe care o observăm, menținând în același timp, în linii mari, legea inversă pătrată a lui Newton. Vezi cosmologia branelor.

O teorie a lui Ahmed Farag Ali și Saurya Das adaugă corecții de mecanică cuantică (folosind traiectorii Bohm) la geodezicele relativiste generale. Dacă gravitonilor li se atribuie o masă mică, dar diferită de zero, aceasta ar putea explica constanta cosmologică fără a fi nevoie de energie întunecată și ar rezolva problema micimii. Teoria a primit o mențiune de onoare în cadrul concursului de eseuri din 2014 al Gravity Research Foundation pentru explicarea micimii constantei cosmologice. De asemenea, teoria a primit o Mențiune de Onoare în 2015 Essay Competition of the Gravity Research Foundation pentru că a explicat în mod natural omogenitatea și izotropia la scară largă a universului observate datorită corecțiilor cuantice propuse.

.