Các nhà vật lý giả thuyết có hạt Graviton tồn tại vì những thành công lớn của lý thuyết trường lượng tử (đặc biệt là mô hình chuẩn) mô hình hóa hành vi của tất cả các tương tác khác của tự nhiên là qua trung gian của các hạt cơ bản: Tương tác điện từ bởi các photon, tương tác mạnh bởi các gluon, và tương tác yếu Boson W và Boson Z. Giả thuyết này là sự tương tác hấp dẫn tương tự như vậy qua trung gian của một hạt cơ bản, nhưng chưa được khám phá - các hạt Graviton. Trong giới hạn cổ điển, lý thuyết sẽ thu về thuyết tương đối rộng và định luật hấp dẫn của Newton trong giới hạn lực hấp dẫn yếu.[5][6][7]

Graviton và tái chuẩn hóa

Khi mô tả tương tác hấp dẫn, các lý thuyết cổ điển (tức là, các sơ đồ cây) và hiệu chỉnh bán cổ điển (sơ đồ một vòng) hoạt động bình thường, nhưng sơ đồ Feynman với hai (hoặc hơn) vòng dẫn đến kết quả phân kỳ cực tím; đó là, giá trị vô hạn mà không thể được loại bỏ do thuyết tương đối tổng quát không phải là lý thuyết tái chuẩn hóa, không giống như điện động lực học lượng tử. Đó là cách các nhà vật lý áp dụng để tính xác suất cho sự kiện một hạt sẽ phát ra hoặc hấp thụ một Graviton nhưng họ thu được kết quả vô lý và lý thuyết không còn hiệu lực. Những vấn đề này, cùng với một số câu hỏi về khái niệm, khiến nhiều nhà vật lý tin rằng một lý thuyết hoàn chỉnh hơn của hấp dẫn lượng tử phải mô tả tương tác hấp dẫn gần quy mô Planck. [cần dẫn nguồn]

So sánh với các tương tác khác

Không giống như các hạt trao đổi của các tương tác khác, trường hấp dẫn đóng vai trò đặc biệt trong thuyết tương đối rộng và việc xác định không-thời gian mà trong đó các sự kiện diễn ra. Bởi vì vi phôi bất biến (hiệp biến tổng quát) của lý thuyết này không cho phép bất cứ phông nền không-thời gian cụ thể nào được ưu tiên hơn cả (ví dụ hệ quy chiếu quán tính), do vậy thuyết tương đối tổng quát độc lập với phông nền. Ngược lại, Mô hình chuẩn phụ thuộc vào phông nền, mọi diễn biến của các hạt và trường xảy ra trong không thời gian Minkowski như là phông nền không-thời gian cố định.[8] Do đó lý thuyết hấp dẫn lượng tử cần giải quyết được những khác biệt này.[9] Cho dù lý thuyết này hiện nay vẫn là một câu hỏi mở. Câu trả lời cho câu hỏi này sẽ xác định sự hiểu biết của chúng ta về hấp dẫn có vai trò cụ thể gì trong số phận của vũ trụ.[10]

Graviton trong các lý thuyết khác nhau

Lý thuyết dây dự đoán sự tồn tại của graviton và miêu tả tương tác của nó khá rõ ràng. Hạt Graviton trong lý thuyết dây nhiễu loạn là một dây đóng (vòng) trong một trạng thái dao động năng lượng thấp. Sự tán xạ của graviton trong lý thuyết dây cũng có thể được tính toán từ các hàm tương quan trong lý thuyết trường bảo giác, như của thuyết Tương ứng AdS/CFT, hoặc từ lý thuyết dây ma trận. [cần dẫn nguồn]

Một đặc điểm thú vị của graviton trong lý thuyết dây, như dây đóng mà không có điểm đầu cuối, nó sẽ không bị ràng buộc với màng (brane) và có thể di chuyển tự do giữa các màng. Nếu chúng ta sống trên một màng (như giả thuyết của lý thuyết màng) mà nó "rò rỉ" graviton từ màng vào không gian nhiều chiều hơn thì có thể giải thích lý do tại sao lực hấp dẫn lại quá yếu, và graviton từ các màng khác lân cận của chúng ta có thể cung cấp một khả năng giải thích cho vật chất tối. Xem màng vũ trụ học. [cần dẫn nguồn]