Pētnieki mēra ķermeņa smagumu 90 miligramos

Pietuvināt / Eksperimentāla iestatīšana.

Tobiass Vestfāls / Vīnes universitāte

Gravitācija var šķist viens no pazīstamākajiem spēkiem, bet patiesībā tas ir starp tiem, kurus mēs ļoti bieži nesaprotam. Mēs zinām, ka pašreizējais gravitācijas modelis nav savienojams ar kvantu mehāniku. Tas arī nespēj izskaidrot fenomenu, ko esam saukuši par tumšo matēriju un tumšo enerģiju. Diemžēl gravitācijas izpēte ir ļoti sarežģīta, jo tā ir vājākā no spēkiem. Lai apietu šo gravitācijas viļņu noteikšanas problēmu, mums bija jāveido divas masīvas observatorijas, kas atrodas pietiekami tālu viena no otras, lai troksnis, kas ietekmē vienu, netiktu uztverts otrā.

Gravitācijas viļņi, kurus mēs atklājam, nāk no masīviem objektiem tāpat kā neitronu zvaigznes un melnie caurumi. Tagad pētnieki Vīnē ir paziņojuši par progresu gravitācijas spēka atklāšanā, ko rada mazi priekšmeti – šajā gadījumā zelta bumbiņas ir tikai 2 milimetrus platas un sver mazāk nekā desmit gramu. Viņu darbs nodrošina pirmo pievilcības mēru šajos mērogos, un pētnieki ir diezgan pārliecināti, ka viņi var kļūt mazāki.

Tas ir ļoti skaļš

Attiecīgais darbs ietver ierīci, kas ir diezgan tipiska šāda veida eksperimentiem. Tajā ietilpst tērauda stienis ar zelta lodi, kas piestiprināta katrā galā. Lente ir apturēta tās centra punktā, kas ļauj tai brīvi griezties ap horizontālo plakni. Tās centrā ir arī spogulis, ko izmanto lāzera atspoguļošanai.

Ja bloks tuvojas vienai no zelta bumbiņām, tas iedarbojas uz gravitācijas spēku, kas velk bumbu pret to. Iegūtā rotācija pagriezīs spoguli līdz ar to, mainot lāzera atstarošanas vietu. Tas rada ļoti jutīgu masas gravitācijas spēka mērogu. Vai arī tas notiks, ja vides troksnis visu nenoslāpēs.

Trokšņa avotu katalogs, kas autoriem jāņem vērā, ir pārsteidzošs. Pirmkārt, pētnieki lēš, ka gravitācijas spēku, kuru viņi mēģina izmērīt, varētu radīt arī cilvēks, kurš staigā 3 metrus no eksperimentālās ierīces vai Vīnes tramvajs, kas brauc 50 metrus no tās. Visbeidzot, viņi ziemas atvaļinājumā naktī veica eksperimentu, lai mazinātu klaiņojošus gravitācijas traucējumu avotus, kam bija papildu efekts, samazinot vietējo seismisko troksni.

Viss eksperiments tika veikts vakuumā, un viņi atrada gumijas pēdas, kas vakuumā paliek mīkstas, lai mīkstinātu struktūru, kas tur piekārto metāla stieni.

Pirms tukšuma ievilkšanas eksperimentā pētnieki lietoja ierīci ar jonizētu slāpekli, lai noņemtu visus klaiņojošos lādiņus. Gadījumā, ja tas notiktu, viņi ievietoja Faradeja vairogu starp divām zelta bumbiņām, lai novērstu jebkādu elektrostatisko pievilcību.

Lai gan tas viss saglabāja ārkārtīgi zemu troksni eksperimentā, vilkšanas signāls starp divām 90 miligramu zelta sfērām arī būtu ārkārtīgi zems. Tātad, tā vietā, lai tikai izmērītu spriedzi, pētnieki pārvietoja bumbu ar regulāru modeli un izveidoja vienmērīgu rezonanses gravitāciju uz priekšu un atpakaļ. Šīs rezonanses biežums tika rūpīgi izvēlēts, lai tas ļoti atšķirtos no lentes veidotās svārsta parastās rezonanses.

Mazas lielvaras

Visu iestatīšanas darbību uzrauga videokamera, kas pastāvīgi uzrauga divu zelta lauku stāvokli. Eksperimenta laikā atdalījums svārstījās no 2,5 mm līdz 5,8 mm. Kopumā pētnieki lēš, ka viņu sistēma spēj uzņemt tik mazu paātrinājumu kā 2 x 10-11 Metri sekundē2, Lai gan tas prasīs apmēram pusdienu uzraudzību.

Parasti smaguma spēks šeit bija aptuveni 9 x 10-14 Ņūtons. Pētnieki arī izmantoja savus rezultātus, lai iegūtu gravitācijas konstanti. Lai gan galu galā tas tā ir (9 procenti), tas joprojām ir empīriskā mērījuma nenoteiktības robežās.

READ  Losandželosas apgabala slimnīcas apgalvo, ka katrs pacients ar COVID nav pilnībā vakcinēts

Rezultāts ir iespaidīgs tehniskais sasniegums. Bet pētnieki uzskata, ka 90 mg faktiski gulstas uz lietu, ko var izmērīt šādā veidā, smagajā pusē. Un, tā kā lietas kļūst vieglākas, ir dažas šausmīgi dīvainas lietas, kuras var pārbaudīt.

Piemēram, kā minēts iepriekš, mūsu gravitācijas teorija nav savienojama ar kvantu mehāniku. Bet mums izdevās panākt, lai lielākas sistēmas uzvestos kā kvantu būtnes. Ja mēs iegūstam šos pietiekami jutīgos mērījumus, iespējams, ir iespējams izmērīt objekta smagumu, kas atrodas kvantu superpozīcijā starp divām vietām. Citiem vārdiem sakot, nav iespējas uzzināt, kur tas atrodas tieši, savukārt gravitācijas spēks, ko tas vienlaikus iedarbojas, ir atkarīgs no tā atrašanās vietas.

Citi potenciālie testi ietver dažus stīgu teorijas variantus, modificētu Ņūtona dinamiku (MOND, hipotētiska un nepopulāra alternatīva tumšajai vielai) un dažus paskaidrojumus par tumšo enerģiju. Bet tas viss būs pilnībā atkarīgs no šī eksperimentālā iestatījuma, kas darbojas masās, kas ir daudz mazākas par miligramu skalu. Tāpēc vispirms ir svarīgi, lai šī darba pētnieki parādītu, ka viņiem ir vismaz dažas apsolītas iespējas to samazināt.

Daba, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03250-7 (Par DOI).

Angelica Johnson

"Tīmekļa praktizētājs. Sašutinoši pazemīgs ēdiena entuziasts. Lepns twitter advokāts. Pētnieks."

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta. Obligātie lauki ir atzīmēti kā *

Back to top