Наличие массы у гравитонов может объяснить природу темной энергии, таинственной сущности, ответственной за ускоренное расширение Вселенной.
Обнаружив в 1990 году, что Вселенная расширяется с ускорением, ученые пытаются выяснить, что собой представляет темная энергия, подпитывающая этот процесс, и почему ускорение настолько мало.
Одна из наиболее правдоподобных теорий гласит, что темная энергия является неотъемлемым атрибутом космического вакуума. Физика элементарных частиц предсказывает существование такой энергии, но при этом её оценочная величина в 10120 раз превосходит ту, которой достаточно для создания наблюдаемого ускорения. Если бы темная энергия была так велика, Вселенную разнесло бы задолго до образования первых звезд и галактик.
В 2010 году физики выдвинули предположение, что темная энергия все же может оказаться энергией вакуума, если её часть поглощается гипотетическими частицами — гравитонами. Гравитоны служат переносчиками гравитационного взаимодействия — одного из четырех фундаментальных взаимодействий, за распространение каждого из которых отвечают свои частицы.
Диапазон, который охватывает каждое из фундаментальных взаимодействий, определяется массой частиц-переносчиков. Так, электромагнитное взаимодействие, передаваемое фотонами, которые не имеют массы, простирается неограниченно далеко, а сильное и слабое ядерные взаимодействия, носителями которых выступают имеющие массу Z- и W-бозоны, распространяются только в субатомном масштабе.
Большинство физиков полагает, что гравитон, как и фотон — безмассовая частица, поэтому гравитация распространяется неограниченно по всей Вселенной. Но если гравитоны все же имеют пусть незначительную, но все же ненулевую массу порядка 10−33 эВ, это все еще будет соответствовать наблюдаемой картине мира. (Для сравнения, масса нейтрино — самой легкой из известных частиц с ненулевой массой — не более 0,28 эВ, а электрона — 510999 эВ).
Массивные гравитоны вполне способны поглотить большую часть энергии вакуума, а остатка хватило бы на поддержание ускорения, с которым расширяется Вселенная. Такая модель вполне способна объяснить результаты наблюдений, не привлекая новые сущности — экзотические частицы.
Красивая теория едва не погибла в зародыше, когда физики выразили обеспокоенность, что за вычислениями могут скрываться «поля-призраки», обладающие отрицательной энергией и невозможные в реальности. Но другая группа ученых опровергла это предположение.
Экспериментально проверить теорию массивных гравитонов, вероятно, можно будет уже в ближайшем будущем. Если она правомерна, разница между «классическим» и «массивным» гравитационным взаимодействием между Землей и Луной создаст отклонение прецессии орбиты последней величиной в одну часть на 1012. Недавние эксперименты с лазерным лучом, отраженным от оставленного на Луне зеркала, позволили определить прецессию и расстояние между Землей и её естественным спутником с точностью до одной части на 1011.
По сообщению Nature News