يقيس الفيزيائيون جاذبية أصغر كتلة حتى الآن

على الرغم من إبقائنا على الأرض وتشويه الضوء الذي ينتقل عبر الفضاء، إلا أن الجاذبية في الواقع قوة ضعيفة تمامًا. كلما كانت الكتلة أصغر، كلما قل تأثير الجاذبية، حتى يبدو عند المقاييس الكمومية أنه ليس لها أي قوة على الإطلاق.

الآن، قام الفيزيائيون في إنجلترا وأوروبا بقياس قوة جاذبية صغيرة -ولكنها واضحة- على كتلة ضئيلة، مما يجعلها أصغر كتلة تظهر حتى الآن علامات الجاذبية، وهي القوة التي حيرت علماء الفيزياء لعدة قرون. أبحاث الفريق هي نشرت اليوم في تقدم العلوم.

وقال تيم فوكس، عالم الفيزياء في جامعة ساوثامبتون والمؤلف الرئيسي للدراسة: “لقد نجحنا في قياس إشارات الجاذبية عند أصغر كتلة تم تسجيلها على الإطلاق، وهذا يعني أننا نقترب خطوة واحدة من إدراك كيفية عملها بالترادف”. الافراج عن الجامعة. “من هنا سنبدأ في تقليص حجم المصدر باستخدام هذه التقنية حتى نصل إلى العالم الكمي على كلا الجانبين.”

لا يبدو أن عالمين من الفيزياء، ميكانيكا الكم والجاذبية النيوتونية، مرتبطان ببعضهما البعض. على الأقل ليس بعد. عالم الكم هو المكان الذي تنهار فيه نظريات الفيزياء الكلاسيكية. القواعد التي تحكم كوننا لا تنطبق على تلك الكتل الصغيرة. لكن فهم كيفية ظهور قوة الجاذبية على المقياس الكمي – سواء في حلقات المجالات، أو في الأوتار الاهتزازية، أو في بعض الوسائل الأخرى – يمكن أن يلقي الضوء على بعض الأسئلة الأكثر إرباكًا في الفيزياء.

وأضاف فوكس: “من خلال فهم الجاذبية الكمومية، يمكننا حل بعض أسرار كوننا – مثل كيف بدأ، أو ما يحدث داخل الثقوب السوداء، أو توحيد كل القوى في نظرية واحدة كبيرة”.

لإجراء قياساتهم، وضع الفريق كتلة تبلغ 0.000015 أونصة (0.43 ملليجرام)، مكونة من ثلاثة مغناطيسات وخرزة زجاجية، في ناظم البرد. ومن أجل قياس قوة جاذبيتها، قام الفريق برفعها في مصيدة مغناطيسية مصنوعة من التنتالوم، وتم تبريدها في ناظم البرد إلى ما يزيد قليلاً عن الصفر المطلق لجعلها فائقة التوصيل. (للكشف عن قوة الجاذبية الضعيفة هذه، احتاج الباحثون إلى تهدئة البيئة قدر الإمكان وتقليل حركة الجسم قيد الاختبار).

قاموا بتبريد المصيدة المغناطيسية إلى 4.48 كلفن (حوالي -274 درجة مئوية)، واستخدموا جهاز SQUID (جهاز تداخل كمي فائق التوصيل)، وهو جهاز استشعار كمي طورته جميع كيانات شركة Ford Motor Company في الستينيات، لقياس اقتران الجاذبية بين كتلة الاختبار وكتلة المصدر 2.2 رطل (1 كجم) على بعد حوالي 3 أقدام. قام الفريق بقياس قوة سحب قدرها 30 أتون نيوتن على كتلة الاختبار.

وقال هندريك أولبرايت، الباحث في جامعة ساوثهامبتون والمؤلف المشارك للدراسة: “إن تقنيتنا الجديدة التي تستخدم درجات حرارة شديدة البرودة وأجهزة لعزل اهتزاز الجسيمات من المرجح أن تثبت الطريق إلى الأمام لقياس الجاذبية الكمومية”. نفس الإصدار. “إن كشف هذه الألغاز سيساعدنا على كشف المزيد من الأسرار حول نسيج الكون، من أصغر الجسيمات إلى أضخم الهياكل الكونية.”

إن المعلومات الجديدة حول الجاذبية عند أقصى حدودها لها آثار على ما يحدث في مركز الثقب الأسود الأعمال الداخلية للأجسام الكثيفة مثل النجوم النيوترونية، و ال طبيعة ما يسمى بالمادة المظلمةأشياء غير مرئية لا يمكن ملاحظة آثارها إلا بالجاذبية. يمكن التوصل إلى الكثير من الأفكار الجديدة حول مثل هذه الفيزياء الغريبة من خلال النظر إلى الأعلى نحو التفاعلات بين أكبر الأجسام في الكون. ولكن يمكن الكشف عن الكثير من خلال النظر إلى نفس الظواهر التي تحدث في المختبرات الأرضية.

إن عالم الكم غريب، ونحن بعيدون عن فهم طبيعة الجاذبية خارج حدود الفيزياء الكلاسيكية. ولكن يبدو أن التجربة الأخيرة قد رسمت خطا جديدا في الرمال.

أكثر: النظرية الفوقية للفيزياء يمكن أن تفسر الحياة والكون والحوسبة والمزيد