Sú na dosah. Experiment kvantových fyzikov nás dostáva bližšie k objavovaniu nových dimenzií

Kvantoví fyzici sa neustále snažia posúvať hranice tejto často fyziky, a tak sa posúvať k objavom, ktoré zásadne zmenia naše chápanie. Jedna zo síl, ktorá je všadeprítomná a vplýva na vás aj v tomto okamihu, je gravitačná sila. Experiment, ktorý fyzici vykonali teraz, otvára nové možnosti testovania gravitačných zákonov na predtým nedosiahnuteľnej úrovni. 

Zmeranie doteraz najmenšieho gravitačného poľa má význam pri budúcich výskumoch vesmírnych objektov a ich pôsobení, napríklad temnej hmoty, kvantovej gravitácie, ale aj skúmania ďalších rozmerov.

30-miliárdkrát menšie ako Zem

Gravitácia je najslabšou zo všetkých známych síl v prírode a napriek tomu je najviac prítomná v našom každodennom živote, uvádza portál Science Daily. Každý objekt, guľa či minca, ktorú vyhodíme, tak ich následne priťahuje gravitácia naspäť k Zemi. Vo vákuu padajú všetky objekty v blízkosti zemského povrchu s rovnakým zrýchlením – ich rýchlosť stúpa každú sekundu o približne 9,8 m/s.

Sila gravitácie je určená hmotnosťou Zeme a vzdialenosti od jej stredu. Na Mesiaci, ktorý je 80-krát ľahší a takmer 4-krát menší ako Zem, padajú všetky objekty asi 6-krát pomalšie. Ale ako by to vyzeralo na planéte, ktorá je veľká ako napríklad lienka? Objekty na takejto planéte by padali 30-miliárdkrát pomalšie ako na Zemi.

Inšpirácia experimentom z 18. storočia

Tím kvantových fyzikov pod vedením Markusa Aspelmeyera a Tobiasa Westphala z Viedenskej univerzity a Rakúskej akadémie vied sa rozhodli, že takúto malú gravitáciu, aká by bola na planéte o veľkosti lienky, zmerajú. Ako uvádzajú vo svojej štúdii uverejnenej v časopise Nature, niečo také sa podarilo zmerať po prvýkrát a využili na to slávny experiment, ktorý uskutočnil Henry Cavendish na konci 18. storočia.

Cavendish zmeral gravitačnú silu generovanú olovenou guľou s hmotnosťou 160 kg. Použil na to torzné kyvadlo – dve gule zavesené na konci tyče na tenkom drôte, ktoré nechal otáčať okolo olovenej gule. Následne meral vychýlenie spôsobené gravitáciou olovenej gule, ktorá pôsobila na dve menšie gule.

Viedenský tím fyzikov sa chopil tejto myšlienky, no experiment miniaturizovali. Ako gravitačnú hmotu použili zlatú guľu o priemere dvoch milimetrov a s hmotnosťou 90 mg. Torzné kyvadlo sa skladalo zo sklenenej tyčinky hrubej pol milimetra a dlhej 40 milimetrov, zavesenej na sklenenom vlákne o hrúbke niekoľko tisícin milimetra. Na konci každej tyče pripevnili ďalšie zlaté guličky.

Pohybovaním gule začali vytvárať gravitačné pole, ktoré sa v čase menilo. To spôsobilo, že torzné kyvadlo oscilovalo pri konkrétnej frekvencii. Pohyb, ktorý predstavoval iba pár milióntin milimetra merali laserom.

Chôdza ľudí a električky ako problém

Najväčším problémom pre fyzikov nebolo paradoxne meranie, ale eliminácia ostatných vplyvov – napríklad vibrácie generované chodcami či električková doprava vo Viedni. Pokus preto robili v noci, počas Vianoc, keď doprava a premávka utíchla. Ostatné vplyvy, ako elektrostatické sily, eliminovali vodivým štítom.

Vedci tak dokázali zmerať gravitačné pole objektu o veľkosti lienky. Ďalším krokom bude meranie ešte menších objektov. Tieto merania majú vo fyzike veľký význam a otvárajú nové perspektívy výskumu v oblasti gravitačnej fyziky a zachytávania stôp gravitácií, ktoré vytvára napríklad temná hmota. Novými výskumami sa chcú vedci dostať na rozhranie kvantovej fyziky pri neustálom zmenšovaní hmoty.

„Podľa Einsteina je gravitačná sila dôsledkom skutočnosti, že hmota ohýba časopriestor, v ktorom sa pohybujú ďalšie hmoty. Takže to, čo sme tu merali my, je to, ako lienka deformuje časopriestor,“ uviedli vedci.

Pozri aj:

Pamätáte si ešte značky fyzikálnych jednotiek? Tento kvíz zvládne na 100 % iba ten, kto…