Επιστήμονες του Ινστιτούτου Niels Bohr υπολογίζουν την κβαντική κάμψη του φωτός

Όταν το φως ταξιδεύει κοντά σε ένα αντικείμενο εκτρέπεται από την πορεία του εξαιτίας της έλξης της βαρύτητας. Για ένα σώμα μεγάλης μάζας όπως ο Ήλιος, αυτή η εκτροπή είναι μετρήσιμη: Οι καλύτερες, μέχρι σήμερα, μετρήσεις δείχνουν ότι η βαρυτική έλξη του Ήλιου εκτρέπει το φως κατά 0.00049º, σύμφωνα με τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας. Τώρα ο Niels Bjerrum-Bohr, στο Ινστιτούτο Niels Bohr στη Δανία και οι συνεργάτες τους υπολόγισαν πως αυτή η εκτροπή μπορεί να αλλάζει, όταν η βαρύτητα περιγράφεται ως ένα κβαντικό πεδίο. Τα αποτελέσματα της μελέτη τους δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Physical Review Letters.

Οι συγγραφείς περιγράφουν τη βαρύτητα χρησιμοποιώντας μια αποτελεσματική θεωρία πεδίου, μια χαμηλής ενέργειας προσέγγιση μιας πιθανής υποκείμενης κβαντικής θεωρίας της βαρύτητας. Αυτό τους επιτρέπει να υπολογίσουν πως τα φωτόνια συνδέονται με τις βαρυτικές επιδράσεις, διατυπώνοντας μια αναλυτική λύση στο πρόβλημα της εκτροπής του φωτός από αντικείμενα μεγάλης μάζας, όπως ο Ήλιος ή μια Μαύρη Τρύπα Schwarzschild (ή στατική μαύρη τρύπα, χωρίς «φορτίο» ή στροφορμή).

Ενώ η προβλεπόμενη από αυτούς κβαντική διόρθωση είναι πολύ μικρή για να μετρηθεί πειραματικά (η επίδραση της βαρύτητας είναι 80 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη), έδειξαν ότι οι κβαντικές επιδράσεις προκαλούν μια διαφορά. Αυτή η διαφορά πηγάζει από το γεγονός ότι σωμάτια χωρίς μάζα, όπως το φωτόνιο, δεν είναι περιορισμένα να κινούνται ακριβώς στις γεωδαιτικές (οι γραμμές, στη γενική σχετικότητα, που διαμορφώνονται από την καμπυλότητα του χωροχρόνου, κατά μήκος των οποίων κινείται κάθε σωμάτιο σε ελεύθερη πτώση).

Ειδικότερα πρόβλεψαν ότι οι πορείες των σωματίων κάμπτονται διαφορετικά σε εξάρτηση με το spin τους. Αυτό δείχνει απόκλιση από το ποσό που προβλέπεται από τη συμπεριφορά στη γενική σχετικότητα, μια απόκλιση από την αρχή ισοδυναμίας του Einstein. Το υπολογιστικό πλαίσιο που παρουσιάστηκε από τους συγγραφείς, παρέχει ένα απλό τρόπο να αξιολογηθούν οι πιθανές επιδράσεις της κβαντικής βαρύτητας στην κάμψη του φωτός και σε άλλα κοσμολογικά φαινόμενα.

Πηγή: APS

Περισσότερα στο άρθρο: Bending of Light in Quantum Gravity, Phys. Rev. Lett. 114, 061301 – Published 12 February 2015