Un grup de cercetători din Viena a reușit o performanță notabilă: măsurarea în laborator a celei mai mici forțe de atracție gravitațională. Cercetătorii, experți în fizica cuantică, au folosit sfere de aur cu raza de 1 mm și tehnologii extrem de sensibile pentru a măsura această forță extrem de mică.
Forța de atracție gravitațională este cea care dă formă Universului: de la Sistemul Solar, la structura galaxiilor și a grupărilor de galaxii. Este, de asemenea, forța care ne ține și pe noi legați de Pământ și cea care ne face să cădem atunci când ne împiedicăm.
Atracția gravitațională
Newton a formulat legea atracției universale, unificând pentru prima dată fenomene așa-zis terestre cu cele cosmice: Luna se rotește în jurul Pământului din aceeași cauză pentru care o piatră cade dacă o lăsăm din mână. Cauza este gravitația.
Gravitația este universală și datorită faptului că nu depinde de masa obiectului care cade: accelerația acestuia este dată de constanta atracției gravitaționale, care este aceeași indiferent dacă ceea ce cade este un fulg sau o cărămidă. Acest lucru a fost verificat în vid – în aer evident lucrurile se schimbă din cauza unor fenomene care influențează căderea, precum frecarea cu aerul.
La începutul secolului trecut, Albert Einstein a formulat o nouă teorie a gravitației: relativitatea generală, în cadrul căreia gravitația nu mai este o forță, ci o deformare a geometriei spațiului și timpului. Practic, obiectele din Univers deformează geometria spațiului și a timpului, iar obiectele și lumina se mișcă în Univers urmărind această nouă geometrie.
Măsurători ale gravitației în laborator
Măsurarea forței de atracție gravitațională în laborator este extrem de dificilă. Acest lucru se datorează faptului că atracția gravitațională este, în comparație cu celelalte trei interacțiuni pe care le cunoaștem, extrem de slabă. Gravitația este de multe miliarde de miliarde de ori mai puțin intensă decât forța (interacțiunea) electromagnetică. De exemplu, între doi protoni există o forță de atracție gravitațională, însă ea este atât de mică față de cea de natură electromagnetică, încât este practic imposibil de măsurat. De aceea, în toate experimentele din fizica particulelor, gravitația este neglijată.
Primul care a reușit măsurarea acestei forțe în laborator a fost Henry Cavendish, la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Aparatul realizat de Cavendish era o balanță de torsiune alcătuită dintr-o tijă de lemn de circa 1,8 metri, suspendată în poziție orizontală cu o sârmă, care avea două sfere de plumb de 0,63 kg fiecare, atașate la cele două capete ale tijei. Două sfere de plumb de 30 cm cu masa de 158 kg fiecare au fost poziționate în apropierea sferelor mici la aproximativ 23 cm depărtare, fiind ținute cu un sistem de suspensie separat. Atracția gravitațională dintre sferele mari și mici a făcut în așa fel încât brațul ce susținea sferele mici să se rotească, răsucind firul care îl susținea. Din măsurarea unghiului tijei și cunoscând forță de răsucire a firului pentru unghiul obținut, s-a determinat forță de atracție gravitațională dintre perechile de mase.
Experimentul din Viena: sfere de aur
Un grup de cercetători de la Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) și de la University of Vienna, alcătuit din experți în fizică cuantică, a hotărât să repete experimentul de măsurare a forței de atracție gravitațională în laborator folosind însă sfere mult mai mici.
Cercetătorii au pregătit un experiment în cadrul căruia masele de test erau sfere mici de aur, cu raza de doar 1 mm și masa de 90 miligrame. Tija în acest caz era din sticlă, iar firul care o suspenda din fibră de sticlă cu diametrul sub un milimetru. Fizicienii au mișcat o sferă de aur înainte și înapoi, generând o oscilație a pendulului cu o anumită frecvență, pe care au măsurat-o cu ajutorul unui fascicol laser. Cu ajutorul acestui sistem, ei au reușit să măsoare cea mai mică forță de atracție gravitațională în laborator.
Pentru a nu fi influențați de mișcări de gen seismic generate de trafic, cercetătorii au efectuat măsurătorile în special noaptea și în vacanța de Crăciun. Chiar dacă precizia nu a fost mare și ținând cont de erorile măsurătorii, ei au obținut o constantă gravitațională în acord cu cea cunoscută. Este ca și cum s-ar fi măsurat atracția gravitațională între două insecte! Un adevărat record, un experiment efectuat cu o tehnică impecabilă și o virtuozitate absolută!
Planuri de viitor
Grupul vienez a declarat că acest experiment este doar un test pentru o măsurătoare care va avea că obiect o masă de circa 1,000 de ori mai mică. Acest nou experiment pe care grupul îl planifică va avea nevoie de tehnici și mai rafinate, întrucât forța pe care vor să o măsoare este mult mai mică decât cea pe care au reușit s-o obțină în prezent. Dacă se va reuși în viitor măsurarea atracției gravitaționale între obiecte cu masa de câteva zeci de micrograme acest lucru ar fi extrem de interesant, întrucât aceste mase se apropie de așa-numita masă a lui Planck, de circa 21 micrograme. În lumea particulelor, această masă este cea la care efectele cuantice s-ar putea face simțite în gravitație. La ora actuală, teoria gravitației, cea a lui Einstein, nu este o teorie cuantică și orice informație experimentală despre cum ar putea arăta această teorie cuantică a gravitației ar fi extrem de utilă.
