Устройство, которое сможет измерить гравитационную силу на частице, весящей меньше зернышка пыльцы, может помочь нам понять, как работает гравитация в квантовом мире.
Несмотря на то, что гравитация удерживает вас на земле, она является самой слабой силой, которую мы знаем. Только очень большие объекты, такие как планеты и звезды, производят достаточно гравитационной силы, чтобы ее можно было легко измерить. Проделать то же самое для очень маленьких объектов на крошечных расстояниях и массах квантового мира чрезвычайно сложно, отчасти из-за крошечного размера силы, но также и потому, что более крупные объекты поблизости могут подавить сигнал.
Теперь Хендрик Ульбрихт из Университета Саутгемптона в Великобритании и его коллеги разработали новый способ измерения гравитации в небольших масштабах с помощью крошечного неодимового магнита весом около 0,5 миллиграмма, который поднимается в воздух под действием магнитного поля, чтобы противодействовать гравитации Земли.
Крошечные изменения в магнитном поле магнита, создаваемые гравитационным влиянием близлежащих объектов, затем можно преобразовать в меру гравитационной силы. Все это охлаждается почти до абсолютного нуля и подвешивается в системе пружин, чтобы минимизировать внешние силы.
Зонд может измерять гравитационное притяжение объектов, которые весят всего несколько микрограммов. «Вы можете повысить чувствительность и перевести исследование гравитации в новый режим», — говорит Ульбрихт.
Он и его команда обнаружили, что, вращая поблизости испытательную массу массой 1 килограмм, они могут измерить силу, действующую на частицу, в 30 аттоньютонов. Аттоньютон — это миллиардная миллиардная доля ньютона. Одним из ограничений является то, что испытательная масса должна двигаться с правильной скоростью, чтобы создать гравитационный резонанс с магнитом, иначе сила не будет достаточно сильной, чтобы ее можно было уловить.
Следующим этапом эксперимента будет уменьшение тестовой массы до размера магнитной частицы, чтобы можно было проверить гравитацию, пока частицы демонстрируют квантовые эффекты, такие как запутывание или суперпозиция. Это будет сложно, говорит Ульбрихт, поскольку такие малые массы потребуют невероятной точности всех остальных частей эксперимента, таких как точное расстояние между двумя частицами. Достижение этой стадии может занять как минимум десятилетие.
«Тот факт, что они даже попробовали это измерение, я нахожу ошеломляющим», — говорит Джулиан Стирлинг, британский инженер, из-за сложности выделения других гравитационных эффектов из массы их зонда. Исследователям нужно будет придумать, как минимизировать гравитационное влияние антивибрационной системы, говорит Стирлинг, поскольку в этом эксперименте она, судя по всему, оказала небольшое, но заметное воздействие на левитирующую частицу.
