Acționând asupra unei particule mici care levita într-o capcană magnetică, fizicienii au măsurat cea mai mică forță gravitațională înregistrată vreodată.
Particula cântărea doar 0,43 grame. Forța gravitației care acționează asupra scalei a fost attonewtons (10-18Newton). Acesta este suficient de mic pentru a fi la marginea tărâmului cuantic, crescând posibilitatea de a descoperi modul în care fizica clasică și mecanica cuantică interacționează.
„Timp de un secol, oamenii de știință au încercat și nu au reușit să înțeleagă cum funcționează împreună gravitația și mecanica cuantică.” spune fizicianul Tim Fox de la Universitatea Leiden și Universitatea din Southampton, care au condus cercetarea.
„Acum am reușit să măsurăm semnalele gravitaționale la cea mai mică masă înregistrată vreodată, ceea ce înseamnă că suntem cu un pas mai aproape de înțelegerea modului în care funcționează în tandem.”
Problema gravitației cuantice este poate cel mai bine descrisă ca insolubilă, cel puțin până acum. Este vorba despre cadrele noastre pentru explicarea universului.
Fizica clasică – gravitația – explică cum funcționează lucrurile pe majoritatea scărilor. Când devii foarte mic, la scară atomică și subatomică, gravitația nu mai funcționează pentru a explica ceea ce vedem.
De aceea, fizicienii folosesc mecanica cuantică și asta este grozav. Dar, la fel cum fizica clasică nu poate fi aplicată la scările cuantice, mecanica cuantică nu funcționează la scările clasice. Cu toate acestea, cumva, universul funcționează. Acest lucru îi face pe oamenii de știință să creadă că încă nu a fost găsită o soluție între cele două cadre.
O modalitate potențială de a investiga problema este examinarea gravitației la scară foarte mică. Cu toate acestea, acest lucru este mai dificil decât ar părea: gravitația este peste tot în univers, iar extragerea unui semnal la scară cuantică în mediul gravitațional al Pământului nu este ușoară.
Pentru a evita această dilemă, Fuchs și echipa sa au folosit ceea ce se numește o capcană magnetică supraconductoare. O capcană mică din tantal este răcită la o temperatură critică de 4,48 K (-268,67 °C sau -451,6 °F).
În cameră, particulele sunt ridicate. Acesta este format din trei Câmpuri magnetice de neodim de 0,25 mm O minge de sticlă cu un diametru de 0,25 mm este lipită împreună pentru a forma o singură particulă cu o masă de aproximativ 0,43 grame.
Dispozitivul este suspendat de arcuri într-un sistem colectiv de arcuri pentru a proteja experimentul de vibrațiile externe, iar criostatul este plasat pe amortizoare de aer pentru a reduce vibrațiile din clădire.
În cele din urmă, a fost plasată o roată acţionată electric cu un set de trei blocuri de cupru de 2,45 kg pentru a crea gradientul gravitaţional. Acest lucru a produs un efect măsurabil asupra particulei – o forță gravitațională de doar 30 de tone.
Este cea mai mică scară la care fizicienii au măsurat gravitația, batând un record stabilit în urmă cu doar trei ani cu două bile de aur de 90 de miligrame.
Cercetătorii spun că acesta este doar primul pas. Acum că au dovedit eficiența experimentului lor, își propun să-l împingă mult mai departe.
„De aici vom începe să reducem dimensiunea sursei folosind această tehnică până când vom ajunge în lumea cuantică de ambele părți.” spune Fox. „Înțelegând gravitația cuantică, putem rezolva unele dintre misterele universului nostru – cum ar fi cum a început, ce se întâmplă în interiorul găurilor negre sau unificând toate forțele într-o singură mare teorie.”
Întotdeauna vor fi mai multe de făcut, dar acum începem să simțim că răspunsurile sunt la doar un salt cuantic distanță.
Cercetarea echipei a fost publicată în Avansarea științei.
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”