Pomiar grawitacji kwantowej przybliża tajemnice wszechświata

Naukowcy są o krok bliżej odkrycia tajemniczych sił wszechświata po tym, jak odkryli, jak mierzyć grawitację na poziomie mikroskopowym.

Eksperci nigdy w pełni nie zrozumieli, jak siła odkryta przez Izaaka Newtona działa w maleńkiej sferze kwantowej.

Nawet Einstein był zaintrygowany grawitacją kwantową i w swojej ogólnej teorii względności stwierdził, że żaden realistyczny eksperyment nie jest w stanie wykazać kwantowej wersji grawitacji.

Jednak teraz fizykom z Uniwersytetu w Southampton, we współpracy z naukowcami z Europy, udało się wykryć słabą siłę przyciągania na małej cząstce przy użyciu nowej techniki.

Twierdzą, że może to utorować drogę do odkrycia nieuchwytnej teorii grawitacji kwantowej.

Eksperyment, opublikowany w czasopiśmie Science Advances, wykorzystał magnesy o dużej mocy do wykrycia grawitacji na mikroskopijnych cząstkach – wystarczająco małych, aby przedostać się do sfery kwantowej.

Główny autor Tim Fox z Uniwersytetu w Southampton twierdzi, że odkrycie może pomóc ekspertom w odnalezieniu brakującego elementu układanki w naszym obrazie rzeczywistości.

Dodał: „Przez stulecie naukowcy bezskutecznie próbowali zrozumieć, w jaki sposób grawitacja i mechanika kwantowa współdziałają.

„Udało nam się teraz zmierzyć sygnały grawitacyjne o najmniejszej w historii masie, co oznacza, że ​​jesteśmy o krok bliżej zrozumienia, jak działają one w tandemie.

„Odtąd zaczniemy zmniejszać rozmiar źródła za pomocą tej techniki, aż dotrzemy do świata kwantowego po obu stronach.

„Rozumiejąc grawitację kwantową, możemy rozwiązać niektóre tajemnice naszego wszechświata – na przykład jego początek, co dzieje się wewnątrz czarnych dziur czy połączenie wszystkich sił w jedną wielką teorię”.

Nauka wciąż nie w pełni zrozumiała zasady świata kwantowego, ale uważa się, że cząstki i siły na poziomie mikroskopowym oddziałują inaczej niż z obiektami o normalnej wielkości.

Naukowcy z Southampton przeprowadzili eksperyment wraz z naukowcami z Uniwersytetu w Lejdzie w Holandii oraz Instytutu Fotoniki i Nanotechnologii we Włoszech, finansowanego z unijnego grantu Horizon Europe EIC Pathfinder (QuCoM).

W badaniu wykorzystano wyrafinowaną konfigurację obejmującą urządzenia nadprzewodzące, zwane pułapkami, z polami magnetycznymi, czułymi detektorami i zaawansowaną izolacją wibracji.

W przypadku cząstki o masie zaledwie 0,43 mg zmierzono słaby pobór, wynoszący zaledwie 30 amperów, utrzymując ją w temperaturze zamarzania, jedną setną stopnia powyżej zera absolutnego, czyli około minus 273 stopni Celsjusza.

Profesor fizyki Hendrik Ulbricht, również z Uniwersytetu w Southampton, powiedział, że wyniki otwierają drzwi do przyszłych eksperymentów między mniejszymi obiektami i siłami.

Dodał: „Przesuwamy granice nauki, które mogą prowadzić do nowych odkryć na temat grawitacji i świata kwantowego.

„Nasza nowa technologia, która wykorzystuje temperatury kriogeniczne i urządzenia do izolowania wibracji cząstek, prawdopodobnie okaże się przyszłością w pomiarach grawitacji kwantowej.

„Rozwikłanie tych tajemnic pomoże nam odkryć więcej tajemnic dotyczących struktury wszechświata, od najmniejszych cząstek po największe kosmiczne struktury”.

Przeczytaj badanie w doi.org/10.1126/sciadv.adk2949.