Onderzoekers van het Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute/AEI) in Potsdam ontdekten dat verborgen dimensies – zoals voorspeld door de snaartheorie – zwaartekrachtsgolven kunnen beïnvloeden. In een recent gepubliceerd artikel bestuderen ze de gevolgen van extra dimensies op deze rimpelingen in de ruimte-tijd, en voorspellen of hun effecten kunnen worden opgespoord.

LIGO's eerste detectie van zwaartekrachtsgolven van een zwart-gat binair getal in september 2015 heeft een nieuw venster op het universum geopend. Nu lijkt het erop dat natuurkundigen met dit nieuwe waarnemingsinstrument niet alleen zwarte gaten en andere exotische astrofysische objecten kunnen traceren, maar ook de zwaartekracht zelf kunnen begrijpen. "Vergeleken met de andere fundamentele krachten zoals, bijv. elektromagnetisme, zwaartekracht is extreem zwak, " legt Dr. David Andriot uit, een van de auteurs van het onderzoek. De reden voor deze zwakte zou kunnen zijn dat zwaartekracht in wisselwerking staat met meer dan de drie dimensies in de ruimte en één dimensie in de tijd die deel uitmaken van onze dagelijkse ervaring.

Extra afmetingen

Extra dimensies die verborgen zijn omdat ze erg klein zijn, zijn een onmisbaar onderdeel van de snaartheorie – een van de veelbelovende kandidaten voor een theorie van kwantumzwaartekracht. Een theorie van kwantumzwaartekracht, het verenigen van de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie, wordt gezocht om te begrijpen wat er gebeurt als er zeer grote massa's op zeer kleine afstanden bij betrokken zijn, bijv. in een zwart gat of bij de oerknal.

"Natuurkundigen hebben gezocht naar extra dimensies bij de Large Hadron Collider bij CERN, maar tot nu toe heeft deze zoektocht geen resultaten opgeleverd. " zegt Dr. Gustavo Lucena Gómez, de tweede auteur van het artikel. "Maar zwaartekrachtgolfdetectoren kunnen mogelijk experimenteel bewijs leveren."

De onderzoekers ontdekten dat extra dimensies twee verschillende effecten op zwaartekrachtsgolven zouden hebben:ze zouden de "standaard" zwaartekrachtgolven wijzigen en zouden extra golven veroorzaken bij hoge frequenties boven de 1000 Hz. Echter, de waarneming van de laatste is onwaarschijnlijk omdat de bestaande zwaartekrachtgolfdetectoren op de grond niet gevoelig genoeg zijn bij hoge frequenties.

Anderzijds, het effect dat extra dimensies een verschil kunnen maken in hoe "standaard" zwaartekrachtsgolven de ruimtetijd uitrekken en krimpen, is misschien gemakkelijker te detecteren door gebruik te maken van meer dan één detector. Aangezien de Virgo-detector de twee LIGO-detectoren zal vervoegen voor de volgende waarnemingsrun, kan dit gebeuren na eind 2018/begin 2019.