Cercetătorii măsoară gravitația exercitată de un obiect de 90 de miligrame

Mărește / Configurarea experimentală.

Tobias Westphal / Universitatea din Viena

Gravitația poate părea una dintre cele mai familiare forțe, dar este de fapt una pe care o înțelegem cel mai puțin. Știm că modelul nostru actual de gravitație este incompatibil cu mecanica cuantică. De asemenea, ignoră fenomenele pe care le-am numit materie întunecată și energie întunecată. Din păcate, studierea gravitației este extrem de dificilă, deoarece este de departe cea mai slabă dintre forțe. Pentru a rezolva această problemă a detectării undelor gravitaționale, a trebuit să construim două observatoare uriașe, suficient de îndepărtate, astfel încât zgomotul care afectează una să nu fie captat de celălalt.

Undele gravitaționale pe care le-am detectat provin de la obiecte total masive, cum ar fi stelele de neutroni și găurile negre. Acum, cercetătorii din Viena au anunțat progrese în detectarea forței gravitaționale generate de obiecte minuscule – în acest caz, sferele de aur cu doar doi milimetri în diametru și cântăresc mai puțin de o zecime de gram. Munca lor oferă prima măsură a gravitației la aceste scale și cercetătorii sunt destul de siguri că pot fi mai mici.

Este atât de tare

Lucrarea în cauză implică un dispozitiv destul de tipic pentru acest tip de experiență. Este o bară solidă cu o bilă de aur atașată la fiecare capăt. Bara 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 punctul său central, care este utilizată pentru a reflecta un laser.

Dacă o masă este adusă în apropierea uneia dintre bilele de aur, aceasta va exercita o forță gravitațională care trage mingea spre ea. Rotația care urmează va face ca oglinda să se învârtă odată cu aceasta, schimbându-se locul în care laserul se reflectă. Acest lucru creează o măsură extrem de sensibilă a atracției gravitaționale generate de masă. Sau ar fi dacă zgomotul ambiental nu ar copleși totul.

READ  PLANETA SATURN: IMAGINA SPECTACULARĂ, CE N-AȚI CREDAT REAL

Catalogul surselor de zgomot pe care autorii trebuie să le ia în considerare este uluitor. Pentru început, cercetătorii estimează că forța gravitațională pe care încearcă să o măsoare ar putea fi generată și de o persoană care merge la 3 metri de instalația experimentală sau de un tramvai din Viena care circulă la 50 de metri de aceasta. În cele din urmă, aceștia au efectuat experimentul noaptea în timpul vacanței de iarnă pentru a reduce sursele rătăcite de interferență gravitațională, care au avut ca efect suplimentar reducerea zgomotului seismic local.

Întregul experiment a fost realizat în vid și au găsit picioare de cauciuc care rămân moi în vid pentru a amortiza structura care ține bara de metal suspendată.

Înainte de evacuarea experimentului, cercetătorii au inundat dispozitivul cu azot ionizat pentru a scăpa de orice încărcare parazitară. Și, pentru orice eventualitate, au pus un scut Faraday între cele două bile de aur pentru a bloca orice atracție electrostatică.

În timp ce toate acestea au menținut zgomotul experimentului extrem de redus, semnalul atracției dintre două sfere de aur de 90 de miligrame va fi, de asemenea, extrem de slab. Deci, mai degrabă decât să măsoare doar atracția, cercetătorii au mutat sfera într-un model regulat, creând o atracție rezonantă continuă. Frecvența acestei rezonanțe a fost aleasă cu atenție pentru a fi foarte diferită de rezonanțele naturale ale pendulului format de bară.

Forțe minuscule

Comportamentul întregii instalații este monitorizat de o cameră video care monitorizează constant poziția celor două sfere aurii. În timpul experimentului, separarea lor a variat de la 2,5 milimetri la 5,8 milimetri. În general, cercetătorii estimează că sistemul lor este capabil să accelereze până la 2 x 10-11 metri / secundă2, deși ar dura aproximativ o jumătate de zi de monitorizare pentru a face acest lucru.

READ  Letonia: Campioana femeilor europene emergente în STEM

În general, forța gravitațională aici a ajuns să fie în jur de 9 x 10-14 Newtoni. Cercetătorii și-au folosit rezultatele pentru a obține constanta gravitațională. Deși acest lucru ajunge să fie puțin neobișnuit (9%), rămâne în incertitudinile măsurătorii lor experimentale.

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

De exemplu, așa cum am menționat mai sus, teoria gravitației noastre este incompatibilă cu mecanica cuantică. Dar am reușit să facem ca sistemele din ce în ce mai mari să se comporte ca obiecte cuantice. Dacă obținem aceste măsurători suficient de sensibile, atunci ar putea fi posibil să măsurăm atracția gravitațională a unui obiect aflat într-o suprapunere cuantică între două locații. Cu alte cuvinte, nu există nicio modalitate de a spune unde este exact, în timp ce forța gravitațională pe care o exercită depinde de locul în care se află.

Alte teste potențiale includ unele variații ale teoriei șirurilor, dinamica newtoniană modificată (MOND, o înlocuire ipotetică și nepopulară a materiei întunecate) și o explicație a energiei întunecate. Dar toate acestea vor depinde în totalitate de această configurație experimentală care funcționează bine pe mase, mult mai mică decât scala miligramei. Deci, ca prim pas, va fi important ca cercetătorii din spatele acestei lucrări să demonstreze că au cel puțin o parte din capacitatea promisă pentru reducere.

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

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *