两个 90 毫克金球之间的微小引力场刚刚被首次测量。
这使其正式成为有史以来成功测量的最小引力场——这一成就可能为探测量子领域的引力相互作用打开大门。
我们用来描述宇宙的数学存在一个大问题；特别是重力的行为方式。与宇宙中其他三种基本力（弱力、强力和电磁力）不同，引力不能用标准型号物理学的。
爱因斯坦的理论广义相对论是我们用来描述和预测引力相互作用的模型，它在大多数情况下都运行良好。然而，当我们深入到量子尺度时，广义相对论就失效了，并且量子力学接管。迄今为止，协调这两种模型非常困难。
广义相对论取代了早期的模型，牛顿万有引力定律，它没有考虑时空的曲率。它指出，两个物体之间的万有引力与其质量的乘积成正比，与它们中心之间的距离的平方成反比。
牛顿物理学对于大多数地面应用都适用，即使它在天体物理环境中有点困难。
但是非常非常小的引力相互作用呢？通常，这些测量确实具有挑战性，因为很难将它们与地球引力和其他扰动的影响分开。大多数较小尺度的重力测试都涉及至少一公斤（2.2 磅）的质量。
现在，我们的规模已经小得多了。为了实现这一目标，奥地利科学院托比亚斯·韦斯特法尔 (Tobias Westphal) 领导的一个科学家团队实际上转向了 18 世纪来寻找灵感：即第一个测量两个质量之间的重力的实验，并给出了第一个准确的重力值。引力常数。
这是由英国科学家亨利·卡文迪什设计的，他找到了如何有效消除地球引力的方法。他创造了一种扭转天平，在水平悬挂杆的两端各安装了铅重。
重物之间的吸引力导致杆旋转，扭曲悬挂杆的金属丝，使卡文迪什能够根据金属丝扭曲的程度来测量重力。该设置后来被称为卡文迪什实验。
韦斯特法尔和同事修改了卡文迪什实验，用于小规模的万有引力测试。它们的质量是微小的金球，每个半径只有 1 毫米，重量为 92 毫克。
在这些尺度上，团队需要考虑许多扰动来源。将两个金球以 40 毫米的间隔固定在水平玻璃棒上。其中一个球体是测试质量，另一个是平衡体；第三个球体（源质量）被移动到测试质量附近以产生重力相互作用。
法拉第屏蔽用于阻止球体发生电磁相互作用，实验在真空室中进行，以防止声学和地震干扰。
（Westphal 等人，《自然》，2021 年）
激光从棒中心的镜子反射到探测器。当杆扭转时，探测器上激光的移动表明施加了多少引力，并且移动源质量使团队能够精确地绘制两个质量产生的引力场。
研究人员发现，即使在如此小的尺度上，牛顿万有引力定律仍然成立。根据他们的测量，他们甚至能够计算出万有引力常数或牛顿常数(G)，得出的值仅与国际推荐值相差 9%。他们说，这种差异可以完全被他们实验中的不确定性所掩盖，该实验并不是为了测量 G 而设计的。
总之，他们的结果表明，未来可能会进行更小的测量。这可以帮助科学家探索量子体系，并有可能提供有关以下方面的见解：暗物质,暗能量,弦理论， 和标量场。
“我们的实验提供了一条进入和探索引力物理体系的可行途径，其中涉及使用处于或低于普朗克质量的孤立微观源质量进行重力精确测试，”他们在论文中写道。
“这开辟了多种可能性，例如用不同的方法来确定牛顿常数，迄今为止，牛顿常数仍然是基本常数中确定性最差的。一般来说，小型化精密实验可以在比实验小得多的尺度上测试引力平方反比定律。今天有可能。”
该研究发表于自然。
