Гравитационные волны, возможно, могут осциллировать подобно нейтрино

Используя данные, полученные в прошлом году детекторами гравитационных волн, группа теоретиков показала, что, возможно, гравитационные волны могут «осциллировать» между двумя типами волн, которые получили название g-волны и f-волны. Эти осцилляции аналогичны тем, которые испытывают нейтрино, спонтанно меняющие свой тип между тремя возможными вариантами — электронным, мюонным и тау-нейтрино.

Осцилляции гравитационных волн отсутствуют в традиционной теории гравитации — общей теории относительности, разработанной Эйнштейном ещё 100 лет назад, — но возникают в её гипотетическом обобщении, известном как биметрическая гравитация, или просто «би-гравитация». Такая модификация теории потенциально могла бы объяснить и феномены тёмной материи и тёмной энергии. Во всяком случае, в этом уверяют её авторы.

Отличием би-гравитации от теории Эйнштейна является существование двух частиц-переносчиков гравитационного взаимодействия. При квантовании общей теории относительности возникает только одна такая частица — гравитон. Она до сих пор не открыта из-за исключительно малой силы самой гравитации по сравнению с другими фундаментальными силами — электромагнитными и ядерными.

В биметрической теории гравитонов два. Они являются суперпозициями двух метрик. Одна метрика, называемая g, является физической. Она в целом аналогично обычной метрике, вводимой и в теории Эйнштейна, и может взаимодействовать с обычным веществом. Вторая же метрика — называемая f — является «стерильной», и с веществом не взаимодействует. По этой причине один из гравитонов обладает массой, а второй — подобно фотону массы не имеет.

Законы квантовой физики приводят к тому, что в такой системе неизбежно должны возникнуть спонтанные превращения одного вида гравитонов в другой и наоборот — такие взаимные превращения и называют осцилляциями. Впервые их существование было доказано для нейтрино.

Поскольку при столкновении чёрных дыр порождаются волны только g-метрики, а часть соответствующих гравитонов по дороге превращается в гравитоны f-метрики, то детекторы, которые тоже могут взаимодействовать только с g-метрикой, будут регистрировать ослабленный сигнал. Это позволяет, в принципе, доказать существование осцилляций. Для этого, однако, требуется точно знать, какие объекты и на каком расстоянии от нас породили гравитационные волны. Таких данных у учёных пока нет, поэтому на данном этапе исследований ни подтвердить, ни опровергнуть биметрическую теорию невозможно.

Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters и на сайте препринтов arXiv.