Cercetătorii măsoară gravitația pe care o exercită corpul la 90 de miligrame

Gravitația poate părea una dintre cele mai familiare forțe, dar este de fapt printre cele pe care nu le înțelegem foarte des. Știm că modelul gravitațional actual este incompatibil cu mecanica cuantică. De asemenea, nu reușește să explice fenomenul pe care l-am numit materie întunecată și energie întunecată. Din păcate, studierea gravitației este foarte dificilă, deoarece este cea mai slabă dintre forțe. Pentru a rezolva această problemă de detectare a undelor gravitaționale, a trebuit să construim două observatoare masive, suficient de îndepărtate pentru ca zgomotul care afectează unul să nu fie captat în celălalt.

Undele gravitaționale pe care le detectăm provin din obiecte masive la fel ca stelele de neutroni și găurile negre. Acum, cercetătorii de la Viena au anunțat progrese către descoperirea forței gravitaționale produse de obiecte mici – în acest caz, bile de aur de doar 2 milimetri lățime și cântărind mai puțin de o zecime de gram. Munca lor oferă prima măsură a atractivității pe aceste scale, iar cercetătorii sunt destul de siguri că pot deveni mai mici.

Este foarte zgomotos

Lucrarea în cauză include un dispozitiv destul de tipic pentru aceste tipuri de experimente. Include o tijă de oțel cu o bilă de aur atașată la fiecare capăt. Banda este suspendată în punctul său central, ceea ce îi permite să se rotească liber în jurul planului orizontal. Există, de asemenea, o oglindă plasată în centrul său, care este utilizată pentru a reflecta laserul.

Dacă un bloc se apropie de una dintre bilele de aur, acesta va exercita o forță de gravitație care trage mingea spre el. Rotația rezultată va roti oglinda împreună cu aceasta, schimbând locația reflexiei laserului. Acest lucru creează o scară foarte sensibilă a atracției gravitaționale a masei. Sau va fi dacă zgomotul din mediu nu îneacă totul.

Catalogul surselor de zgomot pe care autorii trebuie să le ia în considerare este uimitor. În primul rând, cercetătorii estimează că forța de greutate pe care doresc să o măsoare ar putea fi produsă și de o persoană care se află la trei metri de dispozitivul experimental sau de tramvaiul din Viena care se deplasează la 50 de metri de acesta. În cele din urmă, au efectuat experimentul noaptea în timpul pauzelor de iarnă pentru a reduce sursele de interferență gravitațională, care au avut ca efect suplimentar reducerea zgomotului seismic local.

Întregul experiment a fost realizat în interiorul unui vid și au găsit picioare de cauciuc care rămân moi în vid pentru a înmuia structura care ține tija metalică suspendată.

Înainte de a trage golul în experiment, cercetătorii au umplut dispozitivul cu azot ionizat pentru a îndepărta orice încărcături rătăcite. În cazul în care s-a întâmplat acest lucru, au plasat un scut Faraday între două bile de aur pentru a preveni orice atracție electrostatică.

În timp ce toate acestea au menținut zgomotul din experiment extrem de scăzut, semnalul de tragere între două sfere de aur de 90 de miligrame ar fi extrem de scăzut și. Deci, în loc să măsoare doar tensiunea, cercetătorii au mutat mingea într-un model regulat și au creat o atracție rezonantă constantă înainte și înapoi. Frecvența acestei rezonanțe a fost aleasă cu atenție pentru a fi foarte diferită de rezonanța normală a pendulului format de bandă.

Puteri mici

Întregul comportament de configurare este monitorizat de o cameră video care monitorizează constant poziția celor două câmpuri de aur. În timpul experimentului, separarea a variat de la 2,5 mm la 5,8 mm. În general, cercetătorii estimează că sistemul lor este capabil să accelereze o accelerație de până la 2 x 10^-11 Metri / secundă², Deși va dura aproximativ o jumătate de zi de monitorizare pentru a face acest lucru.

În general, forța gravitațională aici era în jur de 9 x 10^-14 Newton. Cercetătorii și-au folosit rezultatele pentru a obține constanta gravitațională. Deși acest lucru se termină cam aproape (9%), acesta se află încă în incertitudinile măsurării empirice.

Rezultatul este o realizare tehnică impresionantă. Dar cercetătorii cred că 90 mg se află de fapt în partea grea a lucrurilor care pot fi măsurate în acest fel. Și pe măsură ce lucrurile devin mai ușoare, există unele lucruri teribil de ciudate care pot fi testate.

De exemplu, așa cum am menționat mai sus, teoria gravitației noastre este incompatibilă cu mecanica cuantică. Dar am reușit să obținem sisteme mai mari să se comporte ca niște ființe cuantice. Dacă obținem aceste măsurători suficient de sensibile, poate fi posibilă măsurarea gravitației unui obiect aflat într-o suprapunere cuantică între două situri. Cu alte cuvinte, nu există nicio modalitate de a ști unde este exact, în timp ce forța de greutate pe care o exercită în același timp depinde de locația sa.

Alte teste potențiale includ unele variante ale teoriei șirurilor, dinamica newtoniană modificată (MOND, o alternativă ipotetică și nepopulară la materia întunecată) și câteva explicații pentru energia întunecată. Dar toate acestea vor depinde în întregime de această configurație experimentală care funcționează pe mase mult mai mici decât scala miligramei. Deci, ca prim pas, va fi important ca cercetătorii din spatele acestei lucrări să demonstreze că au cel puțin o anumită capacitate promisă să o reducă.

Natura, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03250-7 (Despre DOI).