Gravitoni

Gravitoni on hypoteettinen alkeishiukkanen, joka toimii gravitaation välittäjähiukkasena.

Gravitaation ominaisuuksien vuoksi gravitonien pitää olla aina puoleensavetäviä eli attraktiivisiä (gravitaatio ei koskaan hylji), toimia minkä tahansa matkan yli (gravitaatio on universaali) ja esiintyä lukuisissa määrin. Kvanttiteoriassa tällaiset hiukkaset ovat bosoneita, joilla on parillinen spin ja joiden lepomassa on nolla.

Gravitonit on postuloitu (oletettu) yksinkertaisesti siksi, että kvanttiteoria on ollut niin menestyksellinen muiden perusvoimien kuvaamisessa.

Gravitonit ja kvanttigravitaation mallit

Kvanttiteorian diskreettisyys ei ole yhteensopiva Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian jatkuvien funktioiden kanssa. Ongelmat jatkuvuudessa, yhdessä muutamien käsitteellisten arvoituksien kanssa, sai monet fyysikot uskomaan, että yleistä suhteellisuusteoriaa täydellisempi teoria on voimassa lähellä Planckin pituuden mittakaavaa. Supersäieteoria on ollut lupaavin kaiken teoria; se on ainoa teoria, jossa minkä tahansa asteen gravitonisironnan kvanttikorjaukset ovat äärellisiä.

Gravitoni on säieteoriassa suljettu säie, joka on hyvin erityisessä matalan energian värähtelytilassa. Gravitonien sironta säieteoriassa voidaan myös laskea korrelaatiofunktioista konformaalisessa kenttäteoriassa, kuten AdS/CFT-vastaavuus sanelee, tai matriisiteoriasta.

On myös kvanttigravitaatioteorioita, jotka eivät ennusta gravitonia; esimerkiksi silmukkakvanttigravitaatioteoriassa ei ole vastaavaa hiukkasta.

Gravitonit ja kokeet
Gravitonin havaitseminen on osoittautunut ongelmalliseksi. Gravitaatioaaltojen voidaan katsoa olevan gravitonien koherentteja tiloja, kuten sähkömagneettiset aallot ovat fotonien koherentteja tiloja. Gravitaatioaallon yksittäisen kvantin, gravitonin havaitseminen on vieläkin hankalampaa. Gravitaatioaaltoja olivat koettaneet havaita MIT:n LIGO (vuodesta 1992 alkaen) ja ranskalainen VIRGO-interferometri (vuodesta 2007 alkaen). Lisäksi suunnitteilla on ESAn ja NASAn yhteishankkeena alkanut LISA.
11. helmikuuta 2016 julkistettiin tieto, että gravitaatioaalloista on tehty suoria havaintoja yhdysvaltalaisella LIGO-havaintolaitteella.

Lähteet

Bosonit
Hypoteettiset alkeishiukkaset