
物理學家在一個實驗中測量了有史以來記錄的最小引力場,該實驗可以幫助尋找統一的物理理論。
的四個基本力量物理學已知 - 弱和強的相互作用,電磁力和引力力 - 只有重力仍未集成到稱為標準模型的物理劇本中,該物理學描述了亞原子顆粒的動物園的表現。相反由重力描述愛因斯坦的相對論一般理論,但是隨著量子量表的分解,我們對宇宙的最佳圖片將一分為二。
結果,物理學仍然無法描述重力如何在亞原子尺度上起作用,而在理解黑洞中心的奇異性時,物理學家撓頭,或者為什麼重力比其他所有力量都弱得多。
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但是,一個新的實驗測量了兩個微小的金球之間的微小重力吸引力,每個球形僅跨越2毫米,這可能是許多人中第一個為重力如何在這些尺度上運行的線索中的第一項。
維也納大學博士生耶米亞斯·普法夫(Jeremias Pfaff)對現場科學說:“這是一個概念驗證實驗,可以創建一個能夠測量非常小的加速度的傳感器,並建立使我們能夠檢測到較小的引力力的方法。” Pfaff說:“長期,我們想回答疊加中量子對象的重力場的樣子,但是在那裡的路上有很多事情要做。”
為了窺視重力如何在小尺度上起作用,研究人員使用了扭轉平衡的微小版本 - 一種由英國科學家亨利·卡文迪許(Henry Cavendish)於1798年首次設計的設備,以測量地球,從中,引力常數的強度稱為G。
扭轉平衡是一個水平桿,由帶有兩個質量的電線懸掛在其中心,在這種情況下,金球附著在兩端。這意味著如果很小力量沿著條的水平軸施加,電線將扭曲,科學家可以根據桿旋轉的數量來測量所施加力。通過將第三個金球與附屬於桿末端的一個接近,研究人員能夠測量其與附著的球之間的重力。
研究人員尋找的力量很小。在約9×10^減去14個紐頓,這將是A的三分之一的力量人血細胞將在地球重力領域體驗。因此,實驗需要非常敏感,研究人員必須最大程度地減少對外部噪聲的影響,請確保沒有在設備上積累的流浪費用,並找到一種發現所需信號的方法。
普法夫說:“城市環境也遠非理想。” “令人驚訝的是,我們不僅對小地震敏感,而且對當地的電車和單輛巴士敏感。我們甚至能夠在數據中看到維也納城市馬拉松。”
他們通過在將氮氣放入真空之前,用電離氮氣淹沒了該設備周圍的區域,從而擺脫了任何流浪費用。他們還使他們正在尋找的微小引力信號通過將兩個球移到越來越較遠的地方,以更加脫穎而出。
與恆定光相比,閃爍的光比恆定的光更引人注目的是,球體之間的增長和收縮的引力比靜止的次數要容易得多。這使研究人員能夠在兩個球之間找到重力的強度,還可以找到自己的重力常數測量值。
到目前為止,在他們正在測量的規模上,重力遵循在較大尺度上所做的相同可預測的規則。物理學家現在希望使他們的實驗更加敏感,以便他們可以從群體中獲取較小的信號,至少減輕了1000倍,並且距離較短。這可以為理論提供重要的線索,該理論解釋了小規模和大尺度上的重力,以及對其他奧秘的見解,例如《暗物質》的存在,這種神秘的物質形式尚無光尚未發出引力。
在較小的尺度上,研究人員可以開始檢測到通過重力相互作用的全新方法 - 遵循量子世界的更奇怪規則的方式。如果他們這樣做,物理學最終可能會開始彌合我們宇宙的大圖和小圖片之間的差距。
Pfaff說:“擴大我們對這種難以捉摸的力量的知識可能有助於我們收集提示,以找到對我們物理現實的更基本的理解。”
最初發表在現場科學上。