Fizikçiler yerçekimini kuantum ölçeğinde ölçmenin bir yolunu keşfettiler: ScienceAlert

Fizikçiler, manyetik bir tuzakta havada asılı kalan küçük bir parçacık üzerinde etki yaparak şimdiye kadar kaydedilen en küçük yerçekimi kuvvetini ölçtüler.

Parçacık yalnızca 0,43 gram ağırlığındaydı. Teraziye etki eden yer çekimi kuvveti attonewtonlar (10^-18Newton). Bu, kuantum dünyasının sınırında olacak kadar küçüktür ve klasik fizik ile kuantum mekaniğinin nasıl etkileşime girdiğini keşfetme olasılığını artırır.

“Bir yüzyıl boyunca bilim insanları yerçekimi ve kuantum mekaniğinin birlikte nasıl çalıştığını anlamaya çalıştılar ve başarısız oldular.” fizikçi Tim Fox diyor Araştırmayı yöneten Leiden Üniversitesi ve Southampton Üniversitesi'nden.

“Şimdiye kadar kaydedilen en küçük kütledeki yerçekimsel sinyalleri ölçmeyi başardık, bu da onların birlikte nasıl çalıştıklarını anlamaya bir adım daha yaklaştığımız anlamına geliyor.”

Kuantum kütleçekimi sorunu, belki de en iyi şekilde, en azından şimdilik, çözümü zor bir sorun olarak tanımlanabilir. Bu, evreni açıklamak için kullandığımız çerçevelerle ilgilidir.

Klasik fizik -yerçekimi- çoğu ölçekte işlerin nasıl yürüdüğünü açıklar. Atomik ve atom altı ölçeklere kadar çok küçüldüğünüzde, yerçekimi artık gördüklerimizi açıklamakta işe yaramaz hale gelir.

Bu yüzden fizikçiler kuantum mekaniğini kullanıyor ve bu harika. Ancak klasik fizik kuantum ölçeklerine uygulanamayacağı gibi, kuantum mekaniği de klasik ölçeklerde çalışmaz. Ancak bir şekilde evren çalışıyor. Bu, bilim adamlarını iki çerçeve arasında bir çözümün henüz bulunamadığına inandırıyor.

Sorunu araştırmanın olası bir yolu, yerçekimini çok küçük ölçeklerde incelemektir. Ancak bu göründüğünden daha zordur: Yerçekimi evrenin her yerindedir ve Dünya'nın yerçekimsel ortamında kuantum ölçeğinde bir sinyal çıkarmak kolay değildir.

Bu ikilemi aşmak için Fuchs ve ekibi süperiletken manyetik tuzak adı verilen şeyi kullandılar. Tantaldan yapılmış küçük bir tuzak, 4,48 K (-268,67 °C veya -451,6 °F) kritik sıcaklığa soğutulur.

Odada parçacıklar kaldırılır. Bu üç kişiden oluşur 0,25 mm neodimyum mıknatıs alanları Çapı 0,25 mm olan bir cam top, kütlesi yaklaşık 0,43 gram olan tek bir parçacık oluşturacak şekilde birbirine yapıştırılıyor.

Cihaz, deneyi dış titreşimlerden korumak için toplu bir yay sistemindeki yaylara asılır ve kriyostat, binadan gelen titreşimleri azaltmak için hava damperleri üzerine yerleştirilir.

Son olarak, yerçekimi eğimini oluşturmak için 2,45 kg'lık üç bakır bloktan oluşan elektrikle çalışan bir tekerlek yerleştirildi. Bu, parçacık üzerinde ölçülebilir bir etki yarattı; yalnızca 30 tonluk bir çekim kuvveti.

Bu, fizikçilerin yer çekimini ölçtüğü en küçük ölçek olup, yalnızca üç yıl önce iki adet 90 miligramlık altın topla kırılan rekoru kırdı.

Araştırmacılar bunun sadece ilk adım olduğunu söylüyor. Artık deneylerinin etkinliğini kanıtladıklarına göre, bunu daha da ileri götürmeyi hedefliyorlar.

“Buradan itibaren her iki tarafta kuantum dünyasına ulaşana kadar bu tekniği kullanarak kaynağın boyutunu küçültmeye başlayacağız.” Fox diyor. “Kuantum yerçekimini anlayarak, evrenimizin bazı gizemlerini çözebiliriz; örneğin evrenin nasıl başladığı, kara deliklerin içinde neler olduğu veya tüm kuvvetlerin tek bir büyük teoride birleştirilmesi gibi.”

Her zaman yapılacak daha çok şey olacak, ancak artık yanıtların yalnızca bir kuantum sıçraması uzakta olduğunu hissetmeye başlıyoruz.

Ekibin araştırması şu tarihte yayınlandı: Bilimin ilerlemesi.