【天文】重力子発見に迫る！ – 九大が連星ブラックホールの重力波に量子性を発見

重力子は間違い？存在しないのでは？

光子の量子状態の中で、量子でありながら古典的な電磁波に最も近い振る舞いをする特別な状態は「コヒーレント状態」と呼ばれる。研究チームは、古典的電流が存在する時に表される量子状態の時間発展演算子を、重力波に当てはめることで、重要な知見を発見するに至ったとする。
古典的なエネルギー運動量が存在する時の量子状態の時間発展演算子を解析すると、重力子のコヒーレント状態が生成されることがわかる。ここで注目すべきは、電磁場の場合と違って、重力場の場合には一般に「非線形係数」が含まれる点だ。この項は、量子ゆらぎを一方向だけ押し縮めた量子状態である「スクイーズド状態」を生成する。これにより、連星ブラックホールが放射する重力子の量子状態を定量的に評価し、どの程度コヒーレント状態からずれているのかを明らかにすることに成功した。
古典的なエネルギー運動量テンソルが存在する時の量子状態の時間発展演算子の式。(出所:九大プレスリリースPDF)
これまで、連星ブラックホールからの重力波は古典的な波動として記述されると信じられてきた。しかし今回の研究により、10^-4のオーダーでコヒーレント状態からのズレが存在することが明らかにされた。この発見は、観測不能と考えられていた重力の量子効果が、実は定量的に評価可能なレベルで潜んでいることを示しており、量子重力理論への確実な一歩を踏み出したことを意味するとした。