محققان گرانش اعمال شده توسط جسمی 90 میلی گرمی را اندازه گیری کردند


تصویری از دو کره کوچک طلایی ، هر کدام روی یک چوب جداگانه.
بزرگنمایی / تنظیمات آزمایشی

توبیاس وستفال / دانشگاه وین

جاذبه ممکن است به عنوان یکی از آشنا ترین نیروها احساس شود ، اما در واقع یکی از نیروهایی است که کمترین درک آن را داریم. ما می دانیم که مدل گرانش فعلی ما با مکانیک کوانتوم مطابقت ندارد. همچنین پدیده هایی که ما آنها را ماده تاریک و انرژی تاریک می نامیم را در نظر نمی گیرد. متأسفانه ، مطالعه گرانش بسیار چالش برانگیز است زیرا با ضعف ترین نیروها است. برای حل این مشکل شناسایی امواج گرانشی ، مجبور شدیم دو رصدخانه بزرگ بسازیم که به اندازه کافی دور باشد تا نویزهای تحت تأثیر یکی نتواند توسط دیگری گرفته شود.

امواج گرانشی ما از اجرام بسیار عظیم مانند ستاره های نوترونی و سیاهچاله ها ناشی می شود. محققان در وین هم اکنون پیشرفت در کشف نیروی جاذبه تولید شده توسط اجسام کوچک را اعلام کرده اند – در این حالت کره های طلا فقط دو میلی متر قطر دارند و وزن آنها کمتر از یک دهم گرم است. کار آنها اولین اندازه گیری گرانش را در این مقیاس ارائه می دهد و محققان تقریباً مطمئن هستند که ممکن است کوچکتر شوند.

خیلی پر سر و صدا است

کار مورد نظر شامل دستگاهی کاملاً معمولی برای این نوع آزمایش است. این شامل یک میله جامد است که به هر انتهای آن یک توپ طلایی متصل شده است. میله در نقطه مرکزی خود معلق است ، که به آن امکان می دهد آزادانه در اطراف صفحه افقی بچرخد. در مرکز آن نیز یک آینه قرار دارد که برای انعکاس لیزر استفاده می شود.

اگر جرمی به یکی از توپهای طلایی نزدیک شود ، نیروی گرانشی را اعمال می کند که توپ را به سمت خود می کشد. چرخش بعدی باعث می شود تا آینه با آن بچرخد و در جایی که در نهایت لیزر منعکس می شود تغییر کند. این یک اندازه گیری بسیار حساس از جاذبه جاذبه ایجاد شده توسط جرم را ایجاد می کند. یا اگر سر و صدای محیط همه چیز را خفه نمی کرد این کار را می کرد.

فهرست منابع سر و صدا که نویسندگان باید در نظر بگیرند شگفت انگیز است. برای شروع ، محققان محاسبه کردند که نیروی جاذبه ای که آنها می خواستند اندازه گیری کنند نیز می تواند توسط شخصی که سه متر از دستگاه آزمایش دور می شود یا یک تراموا وین که 50 متر دورتر است حرکت کند. سرانجام ، آنها این آزمایش را در شب هنگام تعطیلات زمستانی انجام دادند تا منابع منحرف اختلالات گرانشی را کاهش دهند ، که این امر باعث کاهش صدای لرزه ای محلی می شود.

کل این آزمایش در خلا انجام می شود و آنها پایه های لاستیکی را پیدا می کنند که در خلا نرم می مانند تا ساختاری که میله فلزی معلق را نگه می دارد نرم شود.

قبل از جارو برقی آزمایش ، محققان دستگاه را با نیتروژن یونیزه غرق کردند تا از شر هرگونه اتلاف حواس پرتی خلاص شوند. و در هر صورت ، آنها سپر فارادی را بین دو توپ طلایی قرار می دهند تا از هرگونه جاذبه الکترواستاتیک جلوگیری کند.

اگرچه همه اینها سر و صدای آزمایش را بسیار کم نگه می دارد ، اما سیگنال جذب بین دو کره 90 میلی گرم کره نیز بسیار کم خواهد بود. بنابراین محققان به جای اندازه گیری جاذبه ، کره را با الگوی منظم حرکت داده و یک جاذبه طنینی پایدار را به عقب و جلو ایجاد کردند. فرکانس این تشدید با دقت انتخاب می شود تا بسیار متفاوت از تشدیدهای طبیعی آونگ باشد که میله تشکیل می دهد.

نیروهای کوچک

رفتار کل تنظیمات توسط یک دوربین ویدئویی کنترل می شود ، که دائما موقعیت دو کره طلایی را کنترل می کند. در طول آزمایش ، جداسازی آنها از 2.5 میلی متر تا 5.8 میلی متر متفاوت بود. به طور کلی ، محققان تخمین می زنند که سیستم آنها توانایی پذیرش شتاب تا 10 x 2 را دارد-11 متر بر ثانیه2هرچند که این تقریباً نیمی از روز مشاهده طول می کشد.

به طور کلی ، نیروی جاذبه در اینجا حدود 9 9 10 بود-14 نیوتن محققان همچنین از نتایج خود برای استخراج ثابت گرانش استفاده کردند. اگرچه این در نهایت کاملاً (9 درصد) منتفی است ، اما هنوز در عدم اطمینان اندازه گیری تجربی آنهاست.

نتیجه یک دستاورد فنی چشمگیر است. اما محققان معتقدند که 90 میلی گرم در واقع در قسمت سنگین اجسامی است که از این طریق قابل اندازه گیری است. و با آسان شدن کارها ، موارد عجیب و غریبی وجود دارد که می توانند به طور بالقوه آزمایش شوند.

به عنوان مثال ، همانطور که در بالا ذکر شد ، نظریه گرانش ما با مکانیک کوانتوم سازگار نیست. اما ما موفق شده ایم که سیستم های بزرگتر مانند اجرام کوانتومی رفتار کنند. اگر این اندازه گیری ها را به اندازه کافی حساس کنیم ، ممکن است بتوان جاذبه جسمی را که بین دو مکان در یک برهم کوپانسی قرار دارد ، اندازه گیری کرد. به عبارت دیگر ، هیچ راهی برای شناخت دقیق مکان آن وجود ندارد ، در حالی که در همان زمان نیروی جاذبه ای که اعمال می کند به مکان آن بستگی دارد.

سایر آزمایشات بالقوه شامل برخی از انواع نظریه ریسمان ، دینامیک اصلاح شده نیوتنی (MOND ، جایگزینی فرضی و غیرمردمی برای ماده تاریک) و برخی توضیحات برای انرژی تاریک است. اما همه اینها کاملاً به این آزمایش آزمایشی بستگی دارد و روی توده هایی بسیار بزرگتر از مقیاس میلی گرم کار می کند. بنابراین ، به عنوان اولین گام ، مهم خواهد بود که محققان این کار نشان دهند که آنها حداقل مقداری از توانایی وعده داده شده برای کاهش را دارند.

Nature ، 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03250-7 (برای DOI).


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*