Forskere tættere på at finde kvantetyngdekraftsteori efter at have målt tyngdekraften på mikroskopisk niveau

Forskere er et skridt tættere på at opklare universets mystiske kræfter efter at have fundet ud af, hvordan man kan måle tyngdekraften på et mikroskopisk niveau.

Eksperter har aldrig helt forstået, hvordan den kraft, der blev opdaget af Isaac Newton, virker i den lille kvanteverden. Selv Einstein var forbløffet over kvantetyngdekraften og sagde i sin generelle relativitetsteori, at der ikke er noget realistisk eksperiment, der kunne vise en kvanteversion af tyngdekraften.

Men nu har fysikere ved University of Southampton, der arbejder med forskere i Europa, med succes opdaget et svagt tyngdekraftstræk på en lille partikel ved hjælp af en ny teknik.

De hævder, at det kunne bane vejen for at finde den undvigende kvantetyngdekraftteori.

Eksperimentet, offentliggjort i Science Advances , brugte svævende magneter til at detektere tyngdekraften på mikroskopiske partikler – små nok til at grænse op til kvanteriget.

Hovedforfatter Tim Fuchs fra University of Southampton sagde, at resultaterne kunne hjælpe eksperter med at finde den manglende puslespilsbrik i vores billede af virkeligheden.

Han tilføjede:"I et århundrede har forskere forsøgt og undladt at forstå, hvordan tyngdekraft og kvantemekanik arbejder sammen. Nu har vi med succes målt gravitationssignaler ved en mindste masse nogensinde registreret, det betyder, at vi er et skridt tættere på endelig at indse, hvordan det virker. i tandem.

"Herfra vil vi begynde at skalere kilden ned ved hjælp af denne teknik, indtil vi når kvanteverdenen på begge sider. Ved at forstå kvantetyngdekraften kunne vi løse nogle af mysterierne i vores univers – som hvordan det begyndte, hvad der sker inde i sorte huller, eller at forene alle kræfter i én stor teori."

Reglerne for kvanteriget er stadig ikke fuldt ud forstået af videnskaben – men det menes, at partikler og kræfter i mikroskopisk skala interagerer anderledes end objekter af almindelig størrelse.

Akademikere fra Southampton udførte eksperimentet med forskere ved Leiden University i Holland og Institute for Photonics and Nanotechnologies i Italien.

Deres undersøgelse brugte et sofistikeret setup, der involverede superledende enheder, kendt som fælder, med magnetiske felter, følsomme detektorer og avanceret vibrationsisolering. Den målte et svagt træk, kun 30aN, på en lille partikel på 0,43 mg i størrelse ved at svæve den i frysende temperaturer en hundrededel af en grad over det absolutte nulpunkt - omkring –273 grader Celsius.

Resultaterne åbner døren for fremtidige eksperimenter mellem endnu mindre objekter og kræfter, sagde professor i fysik Hendrik Ulbricht også ved University of Southampton.

Han tilføjede:"Vi rykker videnskabens grænser, som kan føre til nye opdagelser om tyngdekraften og kvanteverdenen.

"Vores nye teknik, der bruger ekstremt kolde temperaturer og enheder til at isolere vibrationer af partiklen, vil sandsynligvis vise vejen frem for måling af kvantetyngdekraften.

"At optrevle disse mysterier vil hjælpe os med at låse op for flere hemmeligheder om selve universets stof, fra de mindste partikler til de største kosmiske strukturer."

Flere oplysninger: Tim Fuchs et al., Måling af tyngdekraften med milligram leviterede masser, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2949. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2949

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af University of Southampton