جرافيتون الكم المفترض الذي يُعتقد أنه حامل مجال الجاذبية، هو مشابه للفوتون الراسخ للمجال الكهرومغناطيسي، حيث إن الجرافيتونات مثل الفوتونات ستكون جسيمات عديمة الكتلة وغير مشحونة كهربائيًا تنتقل بسرعة الضوء.

ما هو الجرافيتون

الجرافيتون هو جسيم افتراضي يُعتقد أنه مسؤول عن حمل قوة الجاذبية، على غرار الفوتون المسؤول عن توصيل جميع القوى الكهرومغناطيسية، مثل الفوتون حيث إنه جسيم عديم الكتلة. وعلى الرغم من قبول الفيزيائيين وعلماء الفلك للوجود على نطاق واسع، إلا أنه من غير المرجح أن يحدث الاكتشاف المباشر للجرافيتون على الإطلاق، حيث أن الجاذبية قوة ضعيفة بشكل لا يصدق مقارنة بالقوى الأساسية الأخرى، مما يعني أن الجسيمات التي تنقلها تتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع المادة.

ونظرًا لأن جميع التجارب تعتمد في النهاية على التفاعلات مع المادة، فإن هذا يعني أن إجراء تجربة حساسة بدرجة كافية للكشف المباشر عن الجرافيتونات أمر مستحيل عمليًا، ومع ذلك فنحن قادرون على استنتاج معلومات حول الجرافيتونات بطرق غير مباشرة مثل قياس موجات الجاذبية، على سبيل المثال تم استخدام أول اكتشاف لـ (LIGO) لتقدير حد أعلى لكتلة الجرافيتون التي تبلغ 2.1 × 10 × 58 كجم.

نظرية الجرافيتون

يجب أن تكون تفاعلات الجاذبية تتم عن طريق جسيم أولي لم يتم معرفته بعد يُدعى الجرافيتون، حيث تتوسط الجسيمات الأولية قوى الطبيعة الثلاثة الأخرى، الكهرومغناطيسية عن طريق الفوتون، والتفاعل القوي عن طريق الغلوونات والتفاعل الضعيف عن طريق بوزونات W و Z.

يبدو أن كل هذه القوى الثلاث موصوفة بدقة بواسطة النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، وفي الحد الكلاسيكي ستختزل نظرية الجرافيتونات الناجحة إلى النسبية العامة والتي هي نفسها تتقلص إلى قانون نيوتن للجاذبية في حدود المجال الضعيف.

الجرافيتون وإعادة التطبيع

عند وصف تفاعلات الجرافيتون فإن النظرية الكلاسيكية لمخططات فاينمان والتصحيحات شبه الكلاسيكية مثل المخططات أحادية الحلقة تتصرف بشكل طبيعي، ومع ذلك فإن مخططات فاينمان ذات الحلقتين على الأقل تؤدي إلى تباعد الأشعة فوق البنفسجية.

هذه النتائج اللانهائية لا يمكن إزالتها لأن النسبية العامة الكمية لا يمكن إعادة تنظيمها بشكل مضطرب، على عكس الديناميكا الكهربية الكمومية والنماذج مثل نظرية يانج ميلز، لذلك تم العثور على إجابات لا حصر لها من طريقة الاضطراب التي يحسب الفيزيائيون من خلالها احتمال أن يصدر الجسيم أو يمتص الجرافيتون وتفقد النظرية صحة التنبؤ.

هذه العقبات وإطار التقريب التكميلي هي أسباب لإظهار أن النظرية موحدة أكثر من النسبية العامة الكمية مطلوبة لشرح سلوك النظرية بالقرب من مقياس بلانك.

مقارنة الجرافيتون مع القوى الأخرى

مثل حاملات القوة للقوى الأخرى، تلعب الجاذبية دورًا في النسبية العامة في تحديد الزمكان الذي تحدث فيه الأحداث، ففي بعض الأوصاف تعدل الطاقة شكل الزمكان نفسه وتكون الجاذبية نتيجة لهذا الشكل وهي فكرة قد تبدو للوهلة الأولى صعبة التطابق مع فكرة تأثير القوة بين الجسيمات.

نظرًا لأن ثبات التباين في النظرية لا يسمح بإبراز أي خلفية خاصة بالزمكان والمكان باعتبارها الخلفية الحقيقية للزمان والمكان، يُقال أن النسبية العامة هي خلفية مستقلة، وفي المقابل لا يعتمد النموذج القياسي على الخلفية حيث تتمتع مساحة مينكوفسكي بوضع خاص مثل مساحة الخلفية الثابتة، وهناك حاجة إلى نظرية الجاذبية الكمية من أجل التوفيق بين هذه الاختلافات.

الجرافيتون في نظريات المضاربة

الجرافيتون في نظرية الأوتار

تتنبأ نظرية الأوتار بوجود الجرافيتونات وتفاعلاتها المحددة جيدًا، حيث أن الجرافيتون في نظرية الأوتار المضطربة هو وتر مغلق في حالة اهتزازية منخفضة الطاقة خاصة جدًا، حيث يمكن أيضًا حساب تشتت الجرافيتونات في نظرية الأوتار من وظائف الارتباط في نظرية المجال المطابق، كما تمليه مراسلة (AdS / CFT) أو من نظرية المصفوفة.

تتمثل إحدى سمات الجرافيتونات في نظرية الأوتار في أنها باعتبارها أوتارًا مغلقة بدون نقاط نهاية لن تكون مرتبطة بالأغشية ويمكن أن تتحرك بحرية فيما بينها، فإذا كان المرء على غشاء كما افترضت نظريات الغشاء فإن تسرب الجرافيتونات من الغشاء إلى الفضاء ذي الأبعاد الأعلى يمكن أن يفسر سبب ضعف قوة الجاذبية ويمكن أن توفر الجرافيتونات من الأغشية الأخرى المجاورة لنا التفسير المحتمل للمادة المظلمة.

ومع ذلك إذا كانت الجرافيتونات ستتحرك بحرية تامة بين الأغشية فإن هذا سوف يقلل من الجاذبية كثيرًا مما يؤدي إلى انتهاك قانون التربيع العكسي لنيوتن، ولحل هذا قامت العالمة ليزا راند الوجد باكتشاف أن غشاء ثلاثي مثل غشاء الكون الذي يعيش فيه المرء سيكون له قوة جاذبية خاصة به مما يعمل على الجرافيتونات من الانجراف بحرية، مما قد يؤدي إلى الجاذبية المخففة التي يتم ملاحظتها مع الحفاظ تقريبًا على قانون التربيع العكسي لنيوتن.

وفي تصحيحات ميكانيكا الكم بواسطة مسارات بوم إلى الجيوديسيا النسبية العامة، حيث إذا تم إعطاء الجرافيتونات كتلة صغيرة ولكنها ليست بصفرية، فيمكنها شرح الثابت الكوني دون الحاجة إلى الطاقة المظلمة وحل مشكلة الصغر، حيث تلقت النظرية تنويهًا مضيئا في 2014، كما تلقت النظرية تنويهًا مشرفًا آخر لتوضيحها بشكل طبيعي التجانس الواسع النطاق الملحوظ والتناحي في الكون بسبب التصحيحات الكمومية المقترحة.

خصائص الجرافيتون

• عديم الكتلة: يُعتقد أن الجرافيتون عديم الكتلة، مما يعني أنه يمكن أن ينتشر بسرعة الضوء.

• بوزون: يُعتقد أن الجرافيتون هو بوزون، أي أنه جسيم له دوران صحيح.

• عدد كم مغزلي: يُعتقد أن الجرافيتون له عدد كم مغزلي مساوٍ لـ 2.

دور الجرافيتون

يُعتقد أن الجرافيتون يلعب دورًا أساسيًا في فهم الجاذبية على المستوى الكمومي. يُعتقد أنه مسؤول عن تفاعل الجسيمات الأولية مع بعضها البعض عبر قوة الجاذبية.

البحث عن الجرافيتون

يبحث العلماء عن الجرافيتون منذ عقود، لكن لم يتم العثور عليه حتى الآن. يُعتقد أنه من الصعب جدًا اكتشاف الجرافيتون بسبب طاقته المنخفضة وتفاعله الضعيف مع المادة.

التجارب التي تبحث عن الجرافيتون

هناك العديد من التجارب التي تبحث عن الجرافيتون، مثل:

• مصادم الهادرونات الكبير: يُعدّ مصادم الهادرونات الكبير من أكبر وأقوى مصادمات الجسيمات في العالم، ويُعتقد أنه يمكن أن يُنتج الجرافيتون.

• موجات الجاذبية: يُعتقد أن موجات الجاذبية يمكن أن تُستخدم للكشف عن الجرافيتون.

تحديات البحث عن الجرافيتون

يواجه العلماء العديد من التحديات في البحث عن الجرافيتون، مثل:

• الخلفية: هناك الكثير من الضوضاء في الكون، مما يجعل من الصعب اكتشاف إشارة الجرافيتون الضعيفة.

• النماذج النظرية: لا يوجد نموذج نظري متفق عليه لوصف سلوك الجرافيتون.

أهمية اكتشاف الجرافيتون

يُعدّ اكتشاف الجرافيتون إنجازًا علميًا هامًا، حيث سيساعدنا على فهم الجاذبية على المستوى الكمومي، وسيكون له العديد من التطبيقات في مجالات مختلفة مثل علم الفلك والفيزياء الفلكية.

ملاحظة: لا يزال الجرافيتون جسيمًا افتراضيًا، ولم يتم إثبات وجوده بشكل تجريبي حتى الآن، وهناك العديد من النظريات حول طبيعة الجرافيتون وخصائص.