Квантовата физика направи малък скок с микроскопично измерване на гравитацията

У чените са открили гравитацията в микроскопичен мащаб, което поставя основите на изследването на нейната природа в мистериозната квантова област.

В експеримент, включващ сложна свръхпроводима апаратура, охладена до границата на абсолютната нула, и месингови тежести, прикрепени към електрическо колело, физиците регистрираха миниатюрна гравитационна сила от 30 квинтилионни части от нютон върху частица, широка по-малко от милиметър.

Демонстрацията проправя пътя за бъдеща работа, в която изследователите се стремят да измерят гравитацията, генерирана от все по-малки частици, за да разберат как се държи необичайната сила в субатомния свят, където доминират квантовите правила.

Quantum physics makes small leap with microscopic gravity measurement https://t.co/vt6OFnFUhD

— The Guardian (@guardian) February 24, 2024

"Знаем, че квантовата механика и общата теория на относителността, теорията на Айнщайн за гравитацията, не са съвместими, както ги формулираме сега", каза Тим Фукс, докторант по експериментална физика в Университета в Саутхемптън. "Теориите не работят заедно, така че знаем, че нещо трябва да отстъпи или и двете трябва да отстъпят. Това е опит да се запълнят празнините с реални експерименти."

В продължение на повече от век физиците се опитват и не успяват да съчетаят гравитацията, която описва как масата огъва времепространството, с квантовата теория - правилата на субатомния свят. Разбирането на гравитацията в квантов мащаб може да помогне за разрешаването на някои от големите загадки на Вселената - от това как е започнало всичко до случващото се в черните дупки. Но макар че теоретиците са предложили множество обещаващи идеи, се оказа трудно да се направят експерименти, за да се провери коя от тях е избрала природата, ако изобщо има такава.

В най-новата си работа Фукс и колегите му от Лайденския университет в Нидерландия и Института по фотоника и нанотехнологии в Италия са измислили начин за измерване на изключително фините гравитационни сили, които съществуват между малки обекти.

Експериментът, който е силно защитен срещу смущения от вибрации, е съсредоточен върху магнитна частица, която левитира над свръхпроводник, охладен до една стотна от градуса над абсолютната нула, или -273,15С, най-студената възможна температура във Вселената. Почти незначителното привличане на носещата се частица е измерено, докато електрическо колело, снабдено с месингови тежести, се върти на около метър от нея, приближавайки тежестите до частицата и след това обратно.

Scientists closer to solving mysteries of universe after measuring gravity in quantum worldhttps://t.co/gtr1ZGpbC8

— Bioengineer.org (@bioengineerorg) February 23, 2024

"Когато започнете да въртите колелото, то кара частицата да се движи като люлка. Гравитационната сила я придърпва, след това започва да я отпуска и после отново я придърпва", каза Фукс.

Гравитационната сила между два обекта зависи от масите им и разстоянието между тях. Колкото по-големи и по-близки са те, толкова по-силно е привличането.

В статията си в Science Advances физиците описват как в техния експеримент половинмилиграмовата частица е била леко притеглена от сила от 30 атонютон. Той е една милиардна част от милиардна част от нютона. "Това определено още не е квантова гравитация, но е стъпка към нея", заяви Фукс пред "Гардиън".

След като демонстрираха, че оборудването работи, изследователите сега се надяват да измерят как се държи гравитацията между все по-малки и по-малки частици, които се влияят от правилата на квантовата механика. Но това ще отнеме известно време: първите такива измервания могат да отнемат още пет до десет години, смята Фукс. "Това е нещо, което определено трябва да изследваме с експерименти", посочи той.