اندازه‌گیری گرانش در مقیاس کوانتومی ممکن شد
دانشمندان با رویکردی نوآورانه یک نیروی گرانشی ظریف را شناسایی کرده‌اند که روی یک ذره کوچک تأثیر می‌گذارد.
دانشمندان در تلاش برای کشف نیروهای مرموز جهان به یک شاهکار بزرگ دست یافته‌اند و از آهنرباهای معلق برای درک گرانش کوانتومی استفاده کرده‌اند.
فیزیکدانان دانشگاه ساوتهمپتون با موفقیت یک نیروی گرانشی ظریف را که یک ذره کوچک اثر می‌کند، از طریق یک رویکرد نوآورانه شناسایی کردند.
این یافته نه تنها نشان دهنده پیشرفت در درک گرانش در مقیاس میکروسکوپی است، بلکه پتانسیل پرده‌برداری از نظریه گرانش کوانتومی را نیز دارد.
فیزیکدانان تقریباً برای یک قرن تلاش کرده‌اند تا تعامل پیچیده بین گرانش و مکانیک کوانتومی را درک کنند و شکست خورده‌اند.
حتی نابغه‌ترین ذهن‌ها، از اسحاق نیوتن گرفته تا آلبرت اینشتین، با ماهیت گریزان گرانش کوانتومی دست و پنجه نرم کرده‌اند. اینشتین در نظریه نسبیت عام خود اظهار داشت که «هیچ آزمایش واقع گرایانه‌ای وجود ندارد که بتواند نسخه کوانتومی گرانش را نشان دهد.»
با این حال، دانشمندان بالاخره روشی را برای سنجش آن کشف کردند. آنها با همکاری پژوهشگران اروپایی یک مجموعه آزمایش با آهنرباهای معلق انجام دادند که آنها را به درک این پدیده گیج کننده نزدیک کرد.
آزمایش با استفاده از یک آهنربای معلق
به نظر می‌رسد یک آهنربا با معلق ماندن در هوا در برابر جاذبه مقاومت می‌کند. دانشمندان از این آهنربای خاص برای تعیین تأثیر گرانش بر ذرات ریز استفاده کردند.
راه‌اندازی این آزمایش شامل دستگاه‌های ابررسانای معروف به تله‌ها، میدان‌های مغناطیسی، آشکارسازهای دقیق و تکنیک‌های پیشرفته جداسازی ارتعاش بود.
در مجموع، این آزمایش، اندازه‌گیری یک نیروی گرانشی ظریف را به میزان ۳۰ آتون‌نیوتن(۳۰aN) که روی ذره‌ای کوچک با وزن ۰.۴۳ میلی‌گرم نیرو اعمال می‌کرد، تسهیل کرد.
این امر با معلق کردن ذره در دمای بسیار سرد (تقریباً یک صدم درجه بالای صفر مطلق) که حدود منفی ۲۷۳ درجه سانتیگراد است، به دست آمد.
ترکیبی از شناور شدن و شرایط آزمایشی دقیق، دانشمندان را قادر کرد تا این نیروی گرانشی ضعیف را در سطحی ناچیز ببینند و اندازه‌گیری کنند.
تیم فوکس، نویسنده ارشد این مطالعه از دانشگاه ساوتهمپتون، گفت: اکنون سیگنال‌های گرانشی را با کمترین جرمی که تاکنون ثبت شده است، با موفقیت اندازه‌گیری کرده‌ایم.
وی افزود: اکنون ما شروع به کوچک کردن منبع با استفاده از این روش خواهیم کرد تا زمانی که به دنیای کوانتومی در هر دو طرف برسیم.
فوکس در بیانیه مطبوعاتی اضافه کرد: با درک گرانش کوانتومی می‌توانیم برخی از اسرار جهان خود را مانند اینکه این جهان چگونه شروع شد، چه اتفاقی درون سیاه‌چاله‌ها می‌افتد یا متحد کردن همه نیروها در یک نظریه بزرگ حل کنیم.
این تیم امیدوار است که بتواند آزمایش‌های بیشتری از این دست انجام دهد.
دانشمندان مدت‌هاست که برای درک قلمروی کوانتومی که در آن ذرات و نیروها متفاوت از دنیای ماکروسکوپی برهم‌کنش می‌کنند، تلاش می‌کنند و اکنون این مطالعه گزینه‌های جدیدی را در اختیار قرار می‌دهد. به همین دلیل این تیم قصد دارد مطالعات بیشتری را روی ذرات و نیروهای ظریف انجام دهد.
هندریک اولبریش، استاد فیزیک در دانشگاه ساوتهمپتون می‌گوید: ما مرزهای علم را پیش می‌بریم که می‌تواند به اکتشافات جدیدی در مورد گرانش و جهان کوانتومی منجر شود. تکنیک جدید ما که از دماها و دستگاه‌های بسیار سرد برای جداسازی ارتعاش ذره استفاده می‌کند، احتمالاً راه‌هایی را برای اندازه‌گیری گرانش کوانتومی ثابت خواهد کرد.
اولبریش افزود: کشف این اسرار به ما کمک می‌کند اسرار بیشتری را در مورد بافت کیهان، از ریزترین ذرات تا بزرگ‌ترین ساختارهای کیهانی کشف کنیم.
این پژوهش با همکاری کارشناسان دانشگاه لیدن در هلند و مؤسسه فتونیک و فناوری نانو در ایتالیا انجام شد و یافته‌های آن در مجله Science Advances منتشر شده است.