Физики измерили гравитацию в мельчайших масштабах

 

Физики измерили наименьшее из когда-либо зарегистрированных гравитационных полей в эксперименте, который может помочь в поисках единой теории физики.

Из четырех фундаментальных сил, известных физике — слабое и сильное взаимодействия, электромагнитная сила и гравитационная сила — только гравитация остается не интегрированной в учебник физики, называемый Стандартной моделью, которая описывает, как ведет себя зоопарк субатомных частиц. Вместо этого гравитация описывается общей теорией относительности Эйнштейна, но, поскольку она не работает в квантовом масштабе, наша лучшая картина Вселенной остается разделенной на две части.

В результате физика до сих пор не может описать, как гравитация работает на субатомных масштабах, из-за чего физики ломают голову, когда дело доходит до понимания сингулярностей, лежащих в центрах черных дыр, или того, почему гравитация настолько слабее по силе, чем все остальные. другие силы.

Физики измерили гравитацию в мельчайших масштабах

Но новый эксперимент, в котором измеряется крошечное гравитационное притяжение между двумя крошечными золотыми сферами, каждая размером всего 2 миллиметра в поперечнике, может стать первым из многих, который даст ключ к разгадке того, как гравитация действует в этих масштабах.

«Это был эксперимент, подтверждающий правильность концепции, по созданию датчика, способного измерять очень малые ускорения, и разработке методов, которые позволили бы нам обнаруживать даже меньшие гравитационные силы», — соавтор исследования Джеремиас Пфафф, докторант Университета Вена, рассказала Live Science. «В долгосрочной перспективе мы хотели бы ответить, как выглядит гравитационное поле квантового объекта в суперпозиции, но на этом пути еще многое предстоит сделать», — сказал Пфафф, имея в виду гравитацию, испытываемую субатомными объектами. частица, находящаяся сразу в двух квантовых состояниях.

Чтобы получить представление о том, как гравитация работает в малых масштабах, исследователи использовали крошечную версию торсионных весов — устройство, впервые разработанное английским ученым Генри Кавендишем в 1798 году для измерения плотности Земли и, исходя из этого, силы гравитационного поля. константа называется G.

Прочитайте также  Наша Галактика является домом для более чем 200 миллиардов планет, таких как Земля, но обитаемы ли какие-либо из них?

Торсионные весы представляют собой горизонтальную штангу, подвешенную к центру на проволоке с двумя массами, в данном случае золотыми сферами, прикрепленными к каждому концу. Это означает, что если к горизонтальной оси стержня приложить крошечную силу, проволока будет скручиваться, и ученые могут измерить приложенную силу в зависимости от того, на сколько стержень повернулся. Поместив третью золотую сферу в непосредственной близости с одной из сфер, прикрепленных к концу стержня, исследователи смогли измерить силу тяжести между ней и прикрепленной сферой.

 

Сила, которую искали исследователи, была крошечной. При величине примерно 9 × 10 ^ минус 14 ньютонов это будет сила, которую треть клетки крови человека испытает в гравитационном поле Земли. Таким образом, эксперимент должен был быть невероятно чувствительным, и исследователи должны были минимизировать воздействие внешнего шума, убедиться, что на устройстве не накапливаются паразитные заряды, и найти способ обнаружить желаемый сигнал.

«Городская среда также далека от идеала», — сказал Пфафф. «Было потрясающе видеть, что мы не только чувствительны к небольшим землетрясениям, но и к местному трамваю и маршрутным автобусам. Мы даже смогли увидеть Венский городской марафон по нашим данным».

Они избавились от любых паразитных зарядов, затопив область вокруг устройства ионизированным азотом перед тем, как поместить его в вакуум. Они также заставили крошечный гравитационный сигнал, который они искали, выделяться больше, очень медленно перемещая две сферы ближе и дальше друг от друга.

Прочитайте также  Новый смартфон iPhone 9 может выйти в будущем 2018 г.

Точно так же, как мигающий свет более заметен, чем постоянный, возрастающую и уменьшающуюся гравитационную силу между сферами было гораздо легче заметить, чем если бы они были неподвижными. Это позволило исследователям определить силу гравитационной силы между двумя сферами, а также найти собственное измерение гравитационной постоянной.

Пока что в том масштабе, который они измеряли, гравитация следовала тем же предсказуемым правилам, что и в больших масштабах. Физики теперь надеются сделать свой эксперимент еще более чувствительным, чтобы они могли улавливать меньшие сигналы от масс, по крайней мере, в 1000 раз легче и на меньших расстояниях. Это могло бы дать важные ключи к теории, объясняющей гравитацию как в малых, так и в больших масштабах, а также к пониманию других загадок, таких как существование темной материи, таинственной формы материи, которая не излучает свет, но оказывает гравитационное притяжение.

В меньших масштабах исследователи могли бы начать обнаруживать совершенно новые способы взаимодействия материи через гравитацию — способы, которые следуют гораздо более странным правилам квантового мира. Если они это сделают, физика может, наконец, начать устранять разрыв между нашими большими и маленькими изображениями Вселенной.

«Расширение наших знаний об этой неуловимой силе может помочь нам собрать подсказки, чтобы найти более фундаментальное понимание нашей физической реальности», — сказал Пфафф.

Первоначально опубликовано на Live Science.


В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
Поделитесь в вашей соцсети👇

Похожие статьи


ДРУГИЕ НОВОСТИ

 

Добавить комментарий