Οι φυσικοί έχουν μετρήσει τη μικρότερη βαρυτική δύναμη μέχρι σήμερα

Η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη γνωστή δύναμη στη φύση. Η δύναμη της βαρύτητας καθορίζεται από τη μάζα της Γης και την απόσταση από το κέντρο. Στη Σελήνη, η οποία είναι περίπου 80 φορές ελαφρύτερη και περίπου τέσσερις φορές μικρότερη από τη Γη, όλα τα αντικείμενα πέφτουν έξι φορές πιο αργά.

Σε έναν πλανήτη μεγέθους σκαθάρι, τα αντικείμενα θα πέσουν 30 δισεκατομμύρια φορές πιο αργά από ό, τι στη Γη. Βαρυτικές δυνάμεις Συνήθως, αυτό το μέγεθος εμφανίζεται μόνο στις πιο απομακρυσμένες περιοχές των γαλαξιών για να παγιδεύσουν τα μακρινά αστέρια.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι κβαντικοί φυσικοί με επικεφαλής τον Marcus Aspelmayr και τον Tobias Westphal του Πανεπιστημίου της Βιέννης και την Αυστριακή Ακαδημία Επιστημών κατέδειξαν αυτές τις δυνάμεις στο εργαστήριο για πρώτη φορά. Επιπλέον, κατάφεραν να μετρήσουν το βαρυτικό πεδίο της χρυσής σφαίρας, το οποίο έχει μόνο διάμετρο 2 mm, χρησιμοποιώντας ένα εξαιρετικά ευαίσθητο εκκρεμές – και συνεπώς τη μικρότερη βαρυτική δύναμη.

Για να μελετήσουν, οι μελετητές βασίστηκαν σε ένα διάσημο πείραμα που διεξήγαγε ο Henry Cavendish στα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα. Στο έργο του, ο Cavendish χρησιμοποίησε μια έξυπνη συσκευή εκκρεμούς για τη μέτρηση της δύναμης της βαρύτητας που δημιουργείται από μια μπάλα μολύβδου μήκους 30 cm και ζύγιζε 160 kg το 1797. Το λεγόμενο εκκρεμές στρέψης – δύο μάζες στα άκρα μιας ράβδου αιωρούμενη από ένα λεπτό σύρμα και ελευθερία περιστροφής – εκτρέπεται με τρόπο που θα μπορούσε να μετρηθεί από τη βαρυτική δύναμη ενός μπλοκ μολύβδου. Κατά τους επόμενους αιώνες, αυτά τα πειράματα βελτιώθηκαν περαιτέρω για τη μέτρηση των δυνάμεων της βαρύτητας με αυξανόμενη ακρίβεια.

READ  Η NASA παρέχει συμβουλές για το τι πρέπει να ψάξετε στον νυχτερινό ουρανό τον Μάιο

Σε αυτή τη νέα μελέτη, οι επιστήμονες επέλεξαν την ιδέα του Cavendish. Ανέπτυξαν επίσης μια μικρογραφία του πειράματος Cavendish. Μια μπάλα χρυσού με διάμετρο 2 mm βάρους 90 mg δρα ως η μάζα της βαρύτητας. Ένα εκκρεμές στρέψης αποτελείται από μια γυάλινη ράβδο μήκους 4 εκατοστών και πάχους μισού χιλιοστού, αιωρούμενη από ίνες γυαλιού με διάμετρο μερικών χιλιοστών. Χρυσές μπάλες του ίδιου μεγέθους προσαρτώνται σε κάθε άκρο της ράβδου.

Το μικροσκοπικό εκκρεμές αιωρείται από λεπτές γυάλινες ίνες και αισθάνεται τη βαρυτική έλξη της χρυσής σφαίρας σε μέγεθος χιλιοστών (© Tobias Westphal)

Ο Jeremiah Pfaff, ένας από τους ερευνητές που συμμετείχαν στο πείραμα, είπε: “Κινούμε τη σφαίρα χρυσού μπρος-πίσω, δημιουργώντας ένα βαρυτικό πεδίο που αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Αυτό αναγκάζει το εκκρεμές στρέψης να ταλαντεύεται στην καθορισμένη συχνότητα διέγερσης.

Χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ, οι επιστήμονες μπόρεσαν να διαβάσουν την κίνηση μόλις λίγα εκατοστά του χιλιοστού. Τους βοηθά επίσης να εξαγάγουν τη δύναμη. Η δυσκολία είναι να διατηρήσουμε τα άλλα αποτελέσματα στην κίνηση όσο το δυνατόν μικρότερα.

Ο συν-συγγραφέας Hans Hebach είπε, “Το μεγαλύτερο μη βαρυτικό αποτέλεσμα στην εμπειρία μας προέρχεται από τις σεισμικές δονήσεις που προκαλούνται από πεζούς και κυκλοφορία τραμ γύρω από το εργαστήριό μας στη Βιέννη. Επομένως, λάβαμε τα καλύτερα δεδομένα μέτρησης τη νύχτα και κατά τη διάρκεια των Χριστουγέννων, όταν η κίνηση ήταν μικρή.”

“Άλλα εφέ όπως οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις μπορούν να μειωθούν σε επίπεδα πολύ χαμηλότερα από τη δύναμη της βαρύτητας μέσω μιας αγώγιμης ασπίδας μεταξύ χρυσών ψαριών.”

Οι επιστήμονες έχουν επίσης εντοπίσει άλλα αποτελέσματα όπως ηλεκτροστατικές δυνάμεις που μπορούν να μειωθούν σε επίπεδα πολύ χαμηλότερα από τη δύναμη της βαρύτητας με μια αγώγιμη ασπίδα μεταξύ των χρυσών ψαριών. Στο μέλλον, οι επιστήμονες σχεδίαζαν να διερευνήσουν τον κίνδυνο των ελαφρύτερων ομάδων χιλιάδες φορές.

READ  Στο Ορυχείο του Οντάριο βρέθηκε νερό που χρονολογείται από 1,6 εκατομμύρια χρόνια

Πρώτος συγγραφέας Tobias Westphal ΕίπεΚαι το “Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, η δύναμη της βαρύτητας είναι αποτέλεσμα του γεγονότος ότι τα μπλοκ κάμπτονται στο χωροχρόνο στην οποία κινούνται άλλες μάζες. Έτσι, αυτό που μετράμε εδώ είναι πώς το σκαθάρι παραμορφώνεται στο διάστημα.”

Αναφορά περιοδικού:
  1. Tobias Westphal, Hans Hippach, Jeremias Pfaff, Marcus Aspelmayr. Μετρήστε τη βαρυτική σύζευξη μεταξύ μπλοκ μεγέθους χιλιοστών. Nature, 2021; 591 (7849): 225 DOI: 10.1038 / s41586-021-03250-7

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *