Есть ли способ обнаружить гравитационные волны в субатомных частицах?

Рассмотрим гипотетическую ситуацию двух электронов, вращающихся вокруг друг друга с определенным радиусом между ними и движущихся с чрезвычайно высокими скоростями. Создаст ли это гравитационные волны, достаточно сильные, чтобы их можно было обнаружить? Если нет, то будет ли другой способ сделать это? Также учтите, что мы находимся в классической физике; никаких странных квантовых вещей.

Связанный пост от OP: physics.stackexchange.com/q/522611/2451
Мы едва можем обнаружить гравитационные волны от двух черных дыр массой в десятки солнечных, поэтому неразумно думать, что мы сможем обнаружить их от двух элементарных частиц.
Но единственная причина, по которой мы не можем, состоит в том, что они очень далеко. Если бы мы были рядом, измерение было бы огромным.
Если бы мы могли сделать настольный излучатель гравитационных волн, используя элементарные частицы, и детектор, мы бы не построили LIGO для обнаружения волн от черных дыр и нейтронных звезд. Физики не тратят преднамеренно миллиарды долларов денег налогоплательщиков.
Если вы хотите заняться математикой, прочитайте о квадрупольной формуле гравитационного излучения.
Я полностью понимаю, мне просто интересно, можно ли их обнаружить. Вот и все. Хорошо наконец узнать, что необнаруживаемость гравитационных волн в малых масштабах может быть выражена через квадрупольное уравнение. Я решил, что просто задам вопрос, а не буду заниматься математикой сам :)
Два электрона не могут вращаться вокруг друг друга, поэтому вопрос не имеет смысла.
FWIW, гравитационная энергия, излучаемая Землей, вращающейся вокруг Солнца, составляет около 196 ватт, см. physics.stackexchange.com/a/412990/123208 . Удачи в попытках обнаружить такие волны из систем с меньшими квадрупольными моментами. ;)
@ pm2ring Какое отношение мощность, излучаемая системой, имеет к обнаруживаемости GW? Обнаруживается амплитуда деформации, и хотя связь между деформацией и мощностью существует, она не так очевидна, как следует из вашего комментария. Количественный ответ, конечно, возможен.
@BenCrowell Они не могут вращаться под действием гравитации, но вы можете заставить их «вращаться» в магнитном поле.
@RobJeffries Хорошо. Я просто пытался дать представление о том, насколько мала мощность гравитационных волн, даже для чего-то с массой и орбитальной скоростью Земли.
Не будет ли электромагнитное взаимодействие на порядки больше гравитационного вплоть до планковского масштаба?
@G.Smith Мы бы сделали настольный детектор и aLIGO. Цель aLIGO — заниматься астрофизикой черных дыр и нейтронных звезд, а не просто обнаруживать ГВ. Маловероятно, что aLIGO была бы построена, если бы существовали серьезные сомнения в существовании ГВ с предсказанной амплитудой.
@RobJeffries Согласен. Мне не следовало говорить, что мы бы не построили LIGO, если бы могли провести настольный эксперимент. Я должен был сказать, что если бы настольный эксперимент был возможен, мы бы его провели или работали над ним.

Ответы (1)

Безразмерная амплитуда гравитационной волны (известная как «деформация») приблизительно равна

час ∼ 2 г р с 4 Вопрос ¨ ,
где Вопрос ¨ - вторая производная массового квадрупольного момента и р — расстояние до потенциального источника гравитационных волн. Именно эта амплитуда деформации регистрируется детектором гравитационных волн.

Если оставить в стороне тот факт, что два электрона не будут «обращаться друг вокруг друга» гравитационно (однако их можно заставить вращаться вокруг общего центра масс, приложив соответствующее магнитное поле), пара масс на орбите имеет массовый квадрупольный момент (всего учитывая одну из двух возможных поляризаций)

Вопрос "=" мю а 2 ( потому что 2 ⁡ ю т − 1 / 3 ) ,
где а это разделение масс и мю это "приведенная масса" м 1 м 2 / ( м 1 + м 2 ) , что при равных массах м е , у нас есть мю "=" м е / 2 . Угловая частота ю равно 2 π разделить на период обращения.

Дифференцируя это дважды, мы получаем

Вопрос ¨ "=" ю 2 м е а 2 потому что ⁡ ( 2 ю т ) ,
и амплитуда
час ∼ 2 г р с 4 ю 2 м е а 2 .

Более удобное выражение исходит из того, что ю а / 2 будет скорость орбиты, оставляя

час ∼ 10 − 57 ( р 1   м ) − 1 ( в с ) 2

Лучшие детекторы гравитационных волн в мире способны обнаруживать деформацию порядка 10 − 23 на частотах ю ∼ 1000 рад/с. Чтобы приблизиться к в ∼ с на этой частоте электронам нужно было бы вращаться вокруг своего центра масс на расстоянии 600 км (трудно понять, как вы это устроите), и чтобы увидеть их как некий когерентный источник, вам нужно было бы наблюдать их с значительно большего расстояния, чем это, т.е. р > 10 6 м. Тогда полученный штамм будет ∼ 40 на несколько порядков меньше, чем можно обнаружить.

Вы, конечно, могли бы приблизиться к меньшему источнику, но чтобы сохранить орбитальную частоту в диапазоне обнаружения таких инструментов, как LIGO, вам пришлось бы уменьшить скорость до уровня значительно ниже скорости света.

Более того, у нас есть все основания полагать, что квантовая механика гарантирует полное отсутствие излучения — электромагнитного или гравитационного — от двухчастичной системы в ее квантовом состоянии с самой низкой энергией. Если бы такое излучение могло существовать, ничто не было бы стабильным, и мы должны были бы видеть результирующие различия в спектрах источников на космологических расстояниях.
@S.McGrew OP просит игнорировать квантовые эффекты. Кроме того, приведенная выше установка не является квантовым состоянием с самой низкой энергией.
«электронам нужно будет кружить друг вокруг друга» электроны не могут кружиться друг вокруг друга, так как один и тот же заряд отталкивается, период. Электроманетическое взаимодействие заставило бы их разлетаться/рассеиваться друг от друга классически, оно на много порядков больше, чем гравитационное.
@annav, может быть, поэтому я сказал: «Не говоря уже о том, что два электрона не будут вращаться вокруг друг друга». Но вы ошибаетесь в любом случае, что этого не может быть, так как (в принципе) так и происходит в синхротронном ускорителе.
Тем не менее, «обвести друг друга» немного свободно, я имею в виду, обвести их центр масс.
«поскольку (в принципе) это то, что происходит в синхротронном ускорителе», можете ли вы дать мне ссылку на это утверждение? AFAIK в ускорителях частицы ходят по замкнутым кругам, в синхротроне синхронно с ростом энергии, но в принципе они ходят вокруг общей для всех точки, а не вокруг друг друга попарно.
@annav вот синхротрон, который разделяет частицы, которые вращаются в два сгустка с разностью фаз isis.stfc.ac.uk/Pages/How-ISIS-works.aspx Пара — это два сгустка по одному. Что касается вашего второго пункта, то я уже сделал правку, чтобы исправить мою расплывчатую фразеологию.
Есть ли способ обнаружить гравитационные волны в субатомных частицах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v