Warum behaupten Physiker immer wieder, dass Gravitonen hypothetisch (also noch nicht wirklich nachgewiesen) seien?

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KI ist dazu (wie ich auch) ganz anderer Meinung:

Gravitationswellen sind Fluktuationen in der Krümmung der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und durch massive beschleunigte Objekte erzeugt werden, wie zum Beispiel durch das Verschmelzen von Neutronensternen oder schwarzen Löchern. LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ist ein Experiment, das darauf ausgerichtet ist, diese Wellen zu detektieren und zu analysieren.

FRAGE: Nehmen wir an, wir haben ein durch LIGO aufgefangenes Gravitationswellensignal mittels Fouriertransformation als Summe unzerlegbarer Anregungen des gravitativen Feldes dargestellt. Wie bestimmt sich dann der Spin dieser unzerlegbaren Feldanregungen?

Die KI glm-4-plus antwortete mir:

Die unzerlegbaren Anregungen des gravitativen Feldes, die durch LIGO detektiert werden, sind sogenannte Graviton-Zustände. Diese Zustände können durch ihre Quantenzahlen charakterisiert werden, zu denen auch der Spin gehört. Der Spin von Gravitonen, den hypothetischen Teilchen, die Gravitationswellen vermitteln, ist 2. Dies folgt aus der Tensorstruktur des Gravitationsfeldes, das durch den Metriktensor \( g_{\mu\nu} \) beschrieben wird.

Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie sich der Spin der unzerlegbaren Feldanregungen bestimmt:

1. Graviton als Spin-2-Teilchen:

In der Quantenfeldtheorie wird das Gravitationsfeld durch den Austausch von Gravitonen beschrieben. Diese Gravitonen sind Spin-2-Teilchen. Dies bedeutet, dass sie zwei Drehimpulsquanten besitzen.

Der Spin-2-Charakter ergibt sich aus der Tatsache, dass der Metriktensor \( g_{\mu\nu} \) ein Tensor zweiter Stufe ist, der vier Indices hat (zwei obere und zwei untere Indices). Dies führt dazu, dass das Graviton zwei Spin-Quanten trägt.

2. Fouriertransformation und Moden:

Wenn man ein Gravitationswellensignal mittels Fouriertransformation analysiert, zerlegt man das Signal in seine Frequenzkomponenten. Jede dieser Komponenten kann als eine Anregung des Gravitationsfeldes betrachtet werden.

Diese Anregungen können als Moden des Feldes beschrieben werden, die durch ihre Polarisation und Frequenz charakterisiert sind.

3. Polarisation und Spin:

Die Polarisation der Gravitationswellen ist eng mit dem Spin der Gravitonen verbunden. Gravitationswellen haben zwei unabhängige Polarisationen, die als \( h_+ \) und \( h_\times \) bezeichnet werden.

Diese beiden Polarisationen entsprechen den zwei möglichen Spin-Zuständen des Gravitons in der transversalen Ebene.

4. Quantenfeldtheoretische Beschreibung:

In der Quantenfeldtheorie wird das Gravitonfeld durch einen quantisierten Tensorfeldoperator \( h_{\mu\nu} \) beschrieben. Die verschiedenen Moden dieses Feldes entsprechen den verschiedenen Anregungen, die durch die Fouriertransformation identifiziert werden.

Jede dieser Moden trägt die Quantenzahl des Spins, die für Gravitonen immer 2 ist.

Zusammengefasst: Der Spin der unzerlegbaren Feldanregungen, die durch die Fouriertransformation eines Gravitationswellensignals identifiziert werden, ist 2. Dies folgt aus der Tensorstruktur des Gravitationsfeldes und der Natur der Gravitonen als Spin-2-Teilchen. Die Polarisationen der Gravitationswellen spiegeln die Spin-Eigenschaften dieser Teilchen wider.