فیزیک‌دانان نیروی گرانش را در کوچکترین جرم اندازه‌گیری کردند

به گزارش مجله خبری نگار،با وجود اینکه گرانش ما را به زمین می‌کشاند و نور را منحرف می‌کند، در واقع نیروی ضعیفی است. هر چه جرم کوچکتر باشد، این نیرو قدرت جذب کمتری خواهد داشت؛ حتی در مقیاس‌های کوانتومی به نظر می‌رسد که هیچ نیرویی ندارد. به‌تازگی فیزیک‌دان‌های انگلستان یک جاذبه کوچک، اما ظاهری روی یک جرم بسیار کوچک اندازه گیری کرده‌اند.

به‌گزارش ScienceAdvances، این جرم کوچکترین ماده‌ای است که تا به حال علائم گرانش را نشان داده؛ نیرویی که چندین قرن فیزیک‌دانان را متحیر کرده است. «تیم فوچس»، فیزیکدان دانشگاه ساوتهمپتون و پژوهشگر اصلی این مقاله می‌گوید:

«ما به‌صورت موفقیت‌آمیز سیگنال‌های گرانشی را در کوچکترین جرمی که تا کنون ثبت شده است، اندازه‌گیری کردیم؛ بنابراین یک گام به درک نهایی از چگونگی عملکرد گرانش و وزن نزدیک شده‌ایم. از حالا با استفاده از این تکنیک، شروع به کوچکتر کردن این جرم می‌کنیم تا به دنیای کوانتوم در هر دو طرف (مکانیک‌های کوانتوم و جاذبه نیوتنی) برسیم.»

حداقل تا الان به‌نظر نمی‌رسید که دو حوزه مکانیک کوانتومی و گرانش نیوتنی به‌یکدیگر مرتبط باشند. دنیای کوانتومی جایی است که نظریه‌های فیزیک کلاسیک در آن شکست می‌خورند. درواقع قوانینی که دنیای ما را اداره می‌کنند، برای جرم‌های کوچک اعمال نمی‌شود.

بااین‌حال، درک اینکه نیروی گرانش چگونه در مقیاس کوانتومی ظاهر می‌شود - در حلقه‌های میدان‌ها، رشته‌های ارتعاشی یا روش‌های دیگر - احتمالاً سرنخ‌های مهمی به دانشمندان برای برخی از پرسش‌های اساسی و حل‌نشده در فیزیک خواهد داد. فوچس در ادامه می‌گوید:

«با درک گرانش کوانتومی، می‌توانیم برخی از راز‌های کهکشان مانند چگونگی شروع آن، اتفاقاتی که درون سیاه‌چاله‌ها می‌افتد و اتحاد تمام نیرو‌ها به یک تئوری بزرگ را حل کنیم.»

نحوه اندازه‌گیری گرانش کوچکترین جرم

برای انجام این پژوهش، تیم تحقیقاتی یک جرم ۰.۰۰۰۰۱۵ اونس (۰.۴۳ میلی‌گرم) را که از سه مغناطیس و یک مهره شیشه‌ای تشکیل شده بود، در یک کریواستات قرار دادند. برای اندازه‌گیری نیروی گرانشی آن، تیم تحقیقاتی جرم را در یک تله مغناطیسی از جنس تانتالوم که در کریواستات به بالاترین دمای ممکن نزدیک به صفر مطلق خنثی شده بود، نگهداری کرد. (برای شناسایی چنین نیروی گرانشی ضعیفی، پژوهشگران نیاز داشتند که عوامل محیطی را به حداقل رسانده و حرکت اجسام آزمایشی را کاهش دهند).

آن‌ها تله مغناطیسی را تا ۴.۴۸ کلوین (حدود منفی ۲۷۴ درجه سانتیگراد) سرد کردند و از یک SQUID (یک دستگاه تداخل کوانتومی ابررسانا)، برای اندازه گیری جفت گرانشی استفاده کردند. درنهایت این تیم کشش ۳۰ آتونیوتن را روی جرم آزمایش اندازه گیری کردند.