Graviton

Graviton on (hüpoteetiline) elementaarosake, mis vahendab gravitatsiooni. Tänapäeval puudub veel üheselt aktsepteeritud teooria gravitoni olemasolu ja omaduste kohta ning osakest ennast ei ole veel ei otseselt ega kaudselt suudetud eksperimentaalselt avastada.

Gravitoni olemasolu vajadus

Tänapäeval üldtunnustatud standardmudel suudab kirjeldada kolme fundamentaalse jõu olemust kvantväljateooria abil. Gravitatsiooni kirjeldab aga Albert Einsteini üldrelatiivsusteooria, mis olemuselt pole kvantvälja teooria. Kvantvälja teooria ja üldrelatiivsusteooria võrrandite kokkusobitamine ei anna kooskõlalisi tulemusi; seda eelkõige mateeria omaduste kirjeldamisel äärmuslikes tingimustes, kus energiatasemed on võrreldavad Plancki skaalaga. Taolised tingimused peaks olema näiteks mustades aukudes. Seega puudub ühtne teooria, mis suudaks korraga kirjeldada kõiki mateeriaga seotud vastasmõjusid ja seda kõikvõimalikes tingimustes.

Graviton on osake, mis on vajalik kvantgravitatsiooniteoorias. Selle teooria järgi, kui graviton eksisteerib, siis peab olema tema seisumass 0, sest gravitatsiooni ulatus teooria järgi ei ole piiratud, ning tema spinn peab olema 2. Teooria järgi on graviton boson.

Kvantgravitatsiooni teooria takerdub probleemidesse, mis on seotud aine lõpmata suurte energiate ja tihedustega. Sellistel tingimustel tekivad teooria järgi lõpmata suured kvandid, ehk teisisõnu kvantgravitatsioon ei ole normaliseeritav. Nende vastuolude lahendamiseks on loodud mitu füüsikateooriat, mis püüavad erinevate seletustega kvantgravitatsiooni teooriat normaliseerida. Neist tuntuim on stringiteooria, mille kohaselt ei ole mateeria algosakesed ruumilises mõttes mitte punktid, vaid avatud ja suletud jooned, mis omavad ruumis teatud mõõtmeid (stringid).

Raskused gravitoni avastamisel

Katseliselt senini gravitone avastatud pole. Põhjuseks arvatakse olevat asjaolu, et gravitatsioon on väga nõrk jõud võrreldes teiste fundamentaalsete jõududega. Arvutused näitavad, et kui ehitada Jupiteri-suurune, 100% registreerimisvõimega gravitonide tajur ning paigutada see neutrontähe orbiidile, siis registreeriks seade vaid ühe gravitoni 10 aasta jooksul, kusjuures seda sündmust oleks praktiliselt võimatu eristada neutriinode taustkiirgusest.

Gravitatsioonilained

Gravitone otsitakse tänapäeval kaudsete meetoditega, püüdes registreerida gravitatsioonilaineid, mis peaks olema gravitonide koherentne olek. Kuigi niimoodi lähenedes puudub võimalus jälgida üksiku gravitoni käitumist, võib gravitatsioonilainete jälgimine anda meile vihjeid gravitonide füüsikaliste omaduste kohta. Kui gravitatsioonilained levivad näiteks aeglasemalt kui valguse kiirus, siis teooria järgi peab gravitonil olema seisumass.