Айнщайн го смяташе за невъзможно: Физици измериха гравитацията в квантов мащаб

Частицата е тежала едва 0,43 грама. А силата на действащата гравитационна сила била по скалата на атонютони (10-¹⁸ нютона). Това е достатъчно малко, за да бъде точно на ръба на квантовата сфера, засягайки възможността най-накрая да разберем как класическата физика и квантовата механика си взаимодействат, пише ScienceAlert.

ОЩЕ: Квантовата гравитация може да се появи от холографска Вселена

„В продължение на век учените се опитваха и не успяха да разберат как гравитацията и квантовата механика работят заедно“, казва физикът Тим Фукс от университета в Лайден и университета в Саутхемптън, ръководител на изследването.

„Сега успешно измерихме гравитационните сигнали при най-малката маса, регистрирана някога, това означава, че сме една стъпка по-близо до това най-накрая да разберем как работят в тандем.“

Проблемът с квантовата гравитация може би най-добре може да се опише като неразрешим, поне досега. Това е свързано с нашите рамки за обяснение на Вселената.

Класическата физика – тоест гравитацията – обяснява как работят нещата в повечето мащаби. Когато обаче става дума за атомни и субатомни мащаби, гравитацията просто не работи, за да обясни това, което виждаме.

За целта физиците използват квантовата механика. Но точно както класическата физика не може да се приложи към квантовите мащаби, квантовата механика не работи за класическите мащаби. И все пак по някакъв начин Вселената работи. Това кара учените да вярват, че решението между двете остава да бъде намерено.

Един потенциален начин за изследване на проблема е чрез изследване на гравитацията в наистина, наистина малки мащаби. Това обаче е по-трудно, отколкото може да изглежда: гравитацията е навсякъде във Вселената.

За да заобиколят тази дилема, Фукс и неговият екип използвали нещо, наречено свръхпроводящ магнитен капан. Малък капан, изработен от тантал, бил охладен до критична температура от 4,48 Келвина (-268,67 по Целзий).

Частицата левитирала в камерата. Тя се състояла от три 0,25-милиметрови неодимови магнитни сфери и една 0,25-милиметрова стъклена сфера, залепени заедно, за да създадат една частица с маса около 0,43 грама.

Апаратът бил окачен на пружини, за да предпази експеримента от външни вибрации, а криостатът бил поставен върху пневматични амортисьори, за да ограничи вибрациите от сградата.

И накрая, електрическо задвижвано колело с комплект от три 2,45-килограмови месингови маси трябвало да създаде градиент на гравитацията. Това довело до измерим ефект върху частицата – гравитационна сила от само 30 атонютона.

Това е най-малкият мащаб, в който физиците измерват гравитацията, подобрявайки рекорда, поставен само преди три години с две златни сфери от 90 милиграма.

И това, казват изследователите, е само първата стъпка. Сега, след като са демонстрирали ефикасността на своя експеримент, те се стремят да го прокарат много по-напред.

ОЩЕ: Радикална теория обединява гравитацията и квантовата механика

„Оттук нататък ще започнем да намаляваме източника с помощта на тази техника, докато достигнем квантовия свят от двете страни“, казва Фукс. „Като разберем квантовата гравитация, бихме могли да разрешим някои от мистериите на нашата Вселена – като нейното начало, какво се случва в черните дупки или обединяването на всички сили в една голяма теория.“

Винаги ще има какво още да се направи – но сега започва да се усеща, че отговорите са само един квантов скок разстояние.

Изследването е публикувано в списанието Science Advances.