Au măsurat gravitația la o scară nemaivăzută până acum… și deschid o breșă în necunoscut

Cercetătorii au realizat prima măsurătoare a atracției gravitaționale asupra unei particule cu o masă mai mică de jumătate din cea a unui grăunte de nisip. Această realizare, care oferă cea mai precisă măsurătoare de acest gen, deschide calea către explorări ulterioare în domeniul cuantic și către căutarea unei posibile teorii a tuturor lucrurilor (theory of everything, TOE). Gravitația este o forță fundamentală în univers care se manifestă prin atracția reciprocă dintre obiectele cu masă. Conform teoriei relativității generale a lui Albert Einstein, gravitația nu este pur și simplu o forță la distanță, ci mai degrabă o curbură a spațiu-timpului cauzată de masă. Să ne imaginăm spațiu-timpul ca o pânză întinsă. Prezența masei, precum o stea, creează curbură. Orice obiect din apropiere, cum ar fi o planetă, urmează apoi în mod natural această curbură, deplasându-se pe traiectoria pe care o percepem ca orbită. Masa unui obiect determină și intensitatea acestei curburi, influențând astfel forța gravitațională pe care o exercită asupra altor obiecte. Cu cât este mai mare, cu atât curbura spațiu-timpului este mai pronunțată și, prin urmare, cu atât gravitația este mai puternică. Această interacțiune dintre masă și curbura spațiu-timpului este cea care creează forța gravitațională pe care o observăm. Acestea fiind spuse, în ciuda înțelegerii noastre generale a efectelor sale, gravitația rămâne cea mai puțin înțeleasă dintre cele patru forțe fundamentale ale universului. În timp ce celelalte trei (electromagnetismul, forțele nucleare tari și slabe) sunt bine integrate în modelul standard al fizicii particulelor, gravitația rezistă într-adevăr unei explicații cuantice consecvente. Găsirea unei modalități de a unifica gravitația cu celelalte forțe rămâne, așadar, o provocare majoră în fizica contemporană și de aceea este adesea considerată forța cea mai puțin înțeleasă.

Dacă există o teorie cuantică a gravitației, aceasta va lăsa probabil indicii perceptibile la scări extrem de mici, în special în interacțiunile gravitaționale dintre atomi și particule. Totuși, aceste interacțiuni minuscule sunt de obicei copleșite de influența gravitațională colosală a Pământului. Într-o lucrare, publicată în Science Andvances, cercetătorii au dezvoltat un experiment inovator conceput pentru a neutraliza această atracție gravitațională a Pământului și a evidenția interacțiunile gravitaționale dintre obiectele mici. Această metodă ingenioasă implică levitarea unei particule magnetice într-o capcană supraconductoare, protejând-o astfel de influențe externe precum electromagnetismul, căldura și vibrațiile. Apoi au supus o masă de 2,4 kg rotirii în jurul unei roți pentru a observa orice posibile mișcări ale particulei (vezi figura de mai jos). Rezultatele experimentului au relevat o atracție gravitațională minimă, măsurând doar 30 de attonewtoni (aN), a acționat asupra particulei în momentele în care cea mai mare masă era cea mai apropiată de ea.

Este important de menționat că masa particulei a fost extrem de mică, ajungând la doar 0,43 miligrame, ceea ce a stabilit un nou record pentru cea mai mică masă pentru care a fost măsurată gravitația. Prin comparație, recordul anterior a fost de 90 de miligrame, ceea ce reprezintă aproximativ masa unei buburuze. Această măsurătoare infinit de mică reprezintă un pas semnificativ înainte în explorarea domeniului cuantic. Prin măsurarea cu succes a gravitației asupra unor obiecte atât de mici, oamenii de știință se apropie de integrarea acestei forțe misterioase în modelele noastre universale, deschizând astfel calea către o adevărată teorie a tuturor lucrurilor.

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România