Viini ülikooli füüsikud mõõtsid läbi aegade väikseima eseme – 90 milligrammise massiga kullakera – gravitatsioonivälja. See aitab neil mõista, kuidas sobib gravitatsioon kokku kvantmehaanikaga kõige väiksemas skaalas, kirjutab Sciencenews.
Teadlastele oli juba ammu teada, et senisel raskusjõu mõistmisel on millestki puudu – nimelt ei ole seni suudetud raskusjõu seadusi järgides seletada, kuidas kiirendab tumeenergia (hüpoteetiline energiavorm, mis moodustab suurema osa universumi koostisest) universumi paisumist.
Lisaks ei sobi raskusjõu senised teooriad kokku ka kvantmehaanikaga, mis kirjeldab, kuidas käituvad objektid väga väikestes mõõtkavades. Teadlased leidsid, et üks võimalus, kuidas erinevaid nähtusi kokku sobitada ja seletada, on jälgida, kuidas suhtlevad gravitatsiooniga väga väikesed objektid.
Viini ülikooli füüsik Markus Aspelmeyer viis oma kolleegidega gravitatsiooni uurimise seni kõige väiksema äärmuseni, nimelt mõõtsid nad spetsiaalse horisontaalse pendli abil umbes 1 millimeetri raadiusega väikese kullakera gravitatsioonivälja.
Teadlased kõigutasid kaht pendli külge kinnitatud eri massiga kuldkera edasi-tagasi 1,6 millimeetri võrra. Nad leidsid, et esimese kuldkera sfääri raskusjõud nihutas teist kuldkera vaid mõne nanomeetri võrra, mis seejärel pendlit kõigutas.
Pendli liikumise mõõtmine võimaldas teadlastel arvutada välja esimese kuldkera – kõige väiksema massiga kuldkera, mille raskust on kunagi mõõdetud – gravitatsioonivälja.
Tundlik katsekeskkond
Selliste peenete gravitatsiooniliste mõjude mõõtmiseks pidi füüsikute eksperiment olema erakordselt hoolikalt läbi viidud. Teadlased kaitsesid eksperimendi keskkonda elektromagnetiliste jõudude eest, kasutades selleks kuldsfääride vahel Faraday puuri (elektrit juhtivast materjalist kinnine kest, mis toimib elektrilise varjena).
Lisaks mängis rolli see, mis ajal ja millises keskkonnas katse läbi viidi. Füüsikud pidid katse läbi viima keset ööd ning seismiliselt kõige aktiivsemal aastaajal (talvel, jõulude paiku). Katse sooritati vaakumis, nii et gaasimolekulid, mis üksteiselt põrkuvad, tulemusi ei mõjutaks.
“Katse käigus tuvastasime isegi esimese finišeerija Viini maratonil, mis lõpeb 2 kilomeetrit meie laborist eemal – see on nii tundlik katse,” märkis Aspelmeyer. Siiski tunnistasid teadlased, et raskusjõu põhiomaduste testimiseks peab katse olema senisest veelgi tundlikum ning füüsikud töötavad juba selle kallal, et eksperimendi detaile täiustada.
“Katse käigus selgus, et kui et kui teete ekspetimente, mis testivad väga väikese massiga esemete raskusjõudu, saate teoreetiliselt uurida nii tumedat energiat kui ka kvantfüüsikat,” selgitas Aspelmeyer.
“See eksperiment avab teadlastele mitmeid uksi uute avastusteni, tänu millele saame kunagi mõõta gravitatsioonijõude, mis töötavad kvantsüsteemis otseselt gravitatsiooni ja kvantmaailma ühendamiseks,” lisas ta.
