Izmjerena gravitaciona privlačnost između najmanjih objekata ikada – pločica od 7,6 miligrama

📷Kliknite i pogledajte prave fotografijegalerija na ScienceAlert→Tim fizičara predvođen Shan-Qing Yangom iz Kine objavio je novi podvig u nastojanju da se gravitacija izmjeri na što manjoj skali. Koristeći dvije silicijumske pločice od po 7,6 miligrama, istraživači su zabilježili gravitaciono privlačenje između najmanjeg para masa ikada – što, kako navode u radu objavljenom u časopisu Nature Communications, predstavlja „značajan korak ka povezivanju klasičnog i kvantnog režima gravitacije“. Opšta relativnost i kvantna mehanika uspješno opisuju svemir na različitim skalama, ali se njihovi matematički okviri ne uklapaju, pa fizičarima nedostaje potpuna slika toga kako se gravitacija ponaša kada do izražaja dođu kvantni efekti. Jedan od puteva ka tom režimu jest mjerenje gravitacije između sve manjih objekata. Inspiracija iz 18. vijeka Eksperiment se oslanja na metod engleskog naučnika Henryja Cavendisha iz 18. vijeka, koji je pomoću torzione vage izolovao gravitaciono privlačenje između malih masa od dominantnog Zemljinog privlačenja. Godine 2021. jedan je tim fizičara izmjerio privlačenje između dvije zlatne kuglice mase oko 92 miligrama, a novi rezultat tu je granicu znatno pomaknuo prema dolje. Kineski istraživači primijenili su tehniku dubokog jetkanja silicijuma i napravili minijaturnu torzionu vagu: na jednom kraju štapa nalazila se silicijumska pločica od 7,6 miligrama, a na drugom protuteg. Umjesto jedne mase koja privlači, konstruisali su rotirajući točak sa 16 identičnih pločica raspoređenih po obodu. Točak se okretao svakih 10 minuta, pa se gravitacioni poticaj ponavljao 16 puta po okretaju – jasan signal koji se mogao razlikovati od pozadinske buke. Cijeli uređaj bio je smješten u vakuumskoj komori, a rotirajuće mase od vage odvajala je tanka silicijumska membrana presvučena zlatom, radi smanjenja elektrostatičkih smetnji. Vaga nije puštena da se slobodno uvija – elektronski sistem povratne veze držao ju je gotovo nepomičnom, a istraživači su mjerili silu potrebnu da se neutrališe gravitaciono privlačenje. Newton i dalje na snazi Izmjereni obrtni moment odgovarao je Newtonovim predviđanjima: pri najmanjem rastojanju zabilježen je poticaj od svega 471 attonjutnja, odnosno 0,000000000000000471 njutna. Za poređenje, to je oko 20 milijardi puta slabije od sile koja jedno zrno pijeska mase 1 miligram drži na Zemljinoj površini. Iz rezultata su naučnici uspjeli izračunati i gravitacionu konstantu, dobivši vrijednost usklađenu s međunarodno preporučenom, uz nesigurnost od 5,3 posto. I na ovim ekstremno malim skalama, pokazuje studija, Newtonov univerzalni zakon gravitacije i dalje vrijedi. To, dakako, još uvijek nije nigdje blizu kvantne gravitacije – ali jest značajan korak bliže nego što smo bili. Kako bi došli još bliže, fizičari razvijaju niz tehnika za mjerenje gravitacije na sve manjim skalama, od torzionih vaga poput Yangove do sistema koji sitne objekte drže lebdećim pomoću svjetlosti ili magnetnih polja. Konačni cilj je izmjeriti gravitaciju između objekata čijim ponašanjem upravlja kvantna mehanika, kako bi se vidjelo ima li sama gravitacija kvantna svojstva. „Nastavak napretka ovih pristupa, koji svaki djeluje u različitim, ali sve preklapajućim režimima masa, daje nadu da gravitacione interakcije između objekata u kvantnom stanju mogu biti opažene u doglednoj budućnosti“, pišu Yang i njegove kolege.