Cercetătorii au măsurat atracția gravitațională dintre cele mai mici obiecte de până acum

Cercetătorii au măsurat atracția gravitațională dintre cele mai mici obiecte de până acum. Fizicienii sunt obișnuiți să studieze gravitația în contextul maselor mari, de la mișcarea planetelor până la atracția exercitată de găurile negre. Totuși, orice obiect cu masă, indiferent cât de mică, exercită o forță gravitațională asupra celorlalte corpuri.

Există o limită la care legile clasice ale gravitației, descrise de relativitatea generală, trebuie să se îmbine cu mecanica cuantică. Pentru a ajunge la această frontieră, cercetătorii încearcă să măsoare interacțiunile gravitaționale la scări tot mai mici.

O echipă de fizicieni coordonată de Shan-Qing Yang, de la Universitatea Sun Yat-sen (China), a reușit să măsoare atracția gravitațională dintre cele mai mici mase folosite până acum într-un asemenea experiment: două plăcuțe de siliciu de numai 7,6 miligrame fiecare. Potrivit studiului, rezultatul reprezintă „un pas important către unirea regimurilor gravitaționale clasic și cuantic”.

Relativitatea generală și teoria cuantică descriu Universul prin modele matematice diferite. Prima explică gravitația prin curbarea spațiu-timpului, în timp ce mecanica cuantică descrie comportamentul materiei și pe cel al energiei folosind probabilități. Ambele teorii funcționează foarte bine în domeniile lor, însă nu se îmbină într-un cadru matematic unitar. Fizicienii încă nu au o explicație completă a modului în care gravitația se comportă atunci când intervin efectele cuantice.

Pentru a studia această problemă, cercetătorii au pornit de la un experiment conceput în secolul al XVIII-lea de savantul englez Henry Cavendish. Acesta folosea o balanță de torsiune, formată dintr-o tijă suspendată orizontal, cu greutăți de plumb la capete. Apropierea altor greutăți provoca rotirea tijei și răsucirea firului de suspensie, permițând măsurarea atracției gravitaționale, explică ScienceAlert.

Cercetătorii au măsurat atracția gravitațională dintre cele mai mici obiecte de până acum. Ce abordare au folosit cercetătorii?

În 2021, o echipă de fizicieni a demonstrat această metodă folosind două sfere de aur de aproximativ 92 de miligrame fiecare, stabilind un record pentru cele mai mici mase utilizate până atunci.

Noua echipă a mers și mai departe. Printr-o tehnică numită gravare profundă a siliciului, cercetătorii au construit o balanță de torsiune miniaturală, cu o plăcuță de siliciu de 7,6 miligrame la un capăt și o contragreutate la celălalt. În apropiere au amplasat o roată prevăzută cu 16 plăcuțe identice, fiecare trecând succesiv pe lângă masa testată și exercitând o atracție gravitațională extrem de slabă.

Roata efectua o rotație completă în zece minute, generând un semnal repetitiv pe care cercetătorii îl puteau distinge de zgomotul de fond. Întregul dispozitiv a fost amplasat într-o cameră vidată, iar o membrană subțire de siliciu acoperită cu aur a redus interferențele produse de forțele electrostatice.

Pentru a măsura atracția, cercetătorii au folosit un sistem electronic de feedback care menținea balanța aproape perfect nemișcată, înregistrând forța necesară pentru a contracara gravitația.

Ce rezultate a produs experimentul?

La cea mai mică distanță dintre obiecte, atracția măsurată a fost de numai 471 de atonewtoni, adică 0,000000000000000471 newtoni. Prin comparație, aceasta este de aproximativ 20 de miliarde de ori mai slabă decât forța gravitațională care menține un fir de nisip cu masa de un miligram pe suprafața Pământului.

Rezultatele au confirmat că legea gravitației universale formulată de Newton rămâne valabilă chiar și la asemenea scări. Cercetătorii au reușit inclusiv să calculeze constanta gravitațională G, obținând o valoare compatibilă cu cea recomandată la nivel internațional, cu o incertitudine de 5,3%.

Experimentul încă nu demonstrează existența gravitației cuantice, dar reprezintă un progres în această direcție. Fizicienii dezvoltă în prezent metode tot mai precise de măsurare, inclusiv dispozitive care suspendă obiecte microscopice folosind lumina sau câmpurile magnetice.

Obiectivul final este măsurarea gravitației dintre corpuri aflate în stări cuantice, pentru a determina dacă gravitația are, la rândul ei, proprietăți cuantice. „Dezvoltarea continuă a acestor metode, care acoperă domenii de masă diferite, dar tot mai apropiate, oferă perspectiva observării, în viitorul previzibil, a interacțiunilor gravitaționale dintre obiecte aflate în stări cuantice”, au scris cercetătorii.

Studiul a fost publicat în revista Nature Communications.

Vă recomandăm să citiți și:

Un test neanunțat al unui startup spațial controversat i-a șocat pe astronomi

Cercetătorii de la Smithsonian au creat cea mai detaliată simulare a Universului timpuriu

Astronomii au descoperit primul satelit natural dincolo de Sistemul Solar

Fizicienii propun o nouă stare bizară a materiei: ce este cristalul temporal?