«Физики на протяжении последнего столетия пытаются понять, как работают квантовая механика и гравитация. Нам удалось измерить силу притяжения для рекордно малого объекта, что стало первым шагом к решению этой задачи. Теперь мы будем постепенно уменьшать размеры взаимодействующих частиц, что позволит нам выйти в квантовый режим для этих объектов», — заявил старший научный сотрудник Саутгемптоновского университета (Великобритания) Тим Фукс, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Созданная Фуксом и другими учеными установка представляет собой миниатюрную магнитную ловушку, изготовленную из сверхпроводника, которая прикреплена к большому набору пружин и масс, подавляющих все возможные вибрации, мешающие замерам силы гравитации. Внутрь этой ловушки помещается частица с магнитными свойствами, перемещения которой под действием силы гравитации влияют на характер движения тока через сверхпроводник.
Для проверки работы этой системы ученые поместили внутри нее микроскопический фрагмент магнита из ниобия, железа и бора, чья масса составляла всего 430 нг, после чего ученые охладили всю установку до температуры, близкой к абсолютному нулю (минус 273 градуса Цельсия). После этого физики проследили за взаимодействиями магнитной частицы с 2,4 кг бруском из бронзы, который был прикреплен к вращающемуся колесу, установленному рядом с тестовой системой.
Как объясняют исследователи, вращение колеса порождало периодические колебания в силе гравитационных взаимодействий между частицей и бруском из бронзы, что позволило физикам отделить порождаемый гравитацией сигнал от случайных шумов, возникавших в работе созданного ими детектора. Проведенные учеными замеры показали, что сила гравитационных взаимодействий между этими объектами составляла около 30 аН (миллиардных долей наноньютонов).
В ближайшее время ученые планируют проследить за аналогичными взаимодействиями двух сверхмалых частиц, заточенных внутри созданных Фуксом и его коллегами магнитных ловушек. Это впервые позволит физикам проследить за тем, как работает гравитация на квантовом уровне и понять, существуют ли различия в гравитационных взаимодействиях объектов микро- и макромира.
Квантовая физика и гравитация
Физиков давно интересует то, работает ли классический закон всемирного тяготения на микроскопических и квантовых масштабах. Реализовать эти опыты крайне сложно по той причине, что гравитация действует на очень большие расстояния, но при этом отличается крайне слабой силой.
По этой причине даже самые слабые помехи могут вносить существенные погрешности при замерах силы притяжения между небольшими объектами, расположенными на очень малых расстояниях друг от друга. Подобные измерения при этом очень важны для физиков, так как они позволят ученым понять, как квантовая физика и гравитация уживаются друг с другом, что необходимо для поисков скрытых измерений и раскрытия внутреннего устройства черных дыр.