Forskare närmare kvantgravitationsteori efter att ha mätt gravitationen på mikroskopisk nivå

Konstnärsintryck av kvantexperimentet. Kredit: University of Southampton
Konstnärsintryck av kvantexperimentet. Kredit: University of Southampton

Forskarna har kommit ett steg närmare lösningen på universums mystiska krafter efter att ha kommit på hur man mäter gravitationen på mikroskopisk nivå.

Experter har aldrig helt förstått hur den kraft som upptäcktes av Isaac Newton fungerar i den lilla kvantvärlden. Även Einstein var förbryllad över kvantgravitation och i sin allmänna relativitetsteori sa han att det inte finns något realistiskt experiment som kan visa en kvantversion av gravitation.

Men nu har fysiker vid University of Southampton, i samarbete med forskare i Europa, med hjälp av en ny teknik lyckats upptäcka en svag gravitationell dragningskraft på en liten partikel.

De hävdar att detta kan bana väg för att hitta den svårfångade kvantgravitationsteorin.

I experimentet, som publicerades i Science Advances, användes leviterande magneter för att detektera gravitation på mikroskopiska partiklar – tillräckligt små för att gränsa till kvantområdet.

Huvudförfattaren Tim Fuchs, från University of Southampton, sade att resultaten kan hjälpa experter att hitta den saknade pusselbiten i vår bild av verkligheten.

Han tillade: ”I ett århundrade har forskare försökt och misslyckats med att förstå hur gravitation och kvantmekanik fungerar tillsammans. Nu har vi lyckats mäta gravitationssignaler vid den minsta massa som någonsin uppmätts, vilket innebär att vi är ett steg närmare att äntligen inse hur det fungerar tillsammans.

”Härifrån kommer vi att börja skala ner källan med hjälp av den här tekniken tills vi når kvantvärlden på båda sidor. Genom att förstå kvantgravitation kan vi lösa några av mysterierna i vårt universum – som hur det började, vad som händer inuti svarta hål eller att förena alla krafter i en enda stor teori.”

Vetenskapen har fortfarande inte helt förstått reglerna för kvantområdet, men man tror att partiklar och krafter i mikroskopisk skala interagerar på ett annat sätt än objekt i vanlig storlek.

Forskare från Southampton genomförde experimentet tillsammans med forskare vid Leiden University i Nederländerna och Institute for Photonics and Nanotechnologies i Italien.

I studien användes en sofistikerad uppställning med supraledande enheter, så kallade fällor, med magnetfält, känsliga detektorer och avancerad vibrationsisolering. Man mätte en svag dragningskraft, bara 30aN, på en liten partikel som är 0,43 mg stor genom att låta den sväva i minusgrader en hundradels grad över absolut nollpunkt – cirka -273 grader Celsius.

Resultaten öppnar dörren för framtida experiment mellan ännu mindre föremål och krafter, säger professor i fysik Hendrik Ulbricht, också vid University of Southampton.

Han tillade: ”Vi tänjer på vetenskapens gränser som kan leda till nya upptäckter om gravitation och kvantvärlden.

”Vår nya teknik som använder extremt kalla temperaturer och anordningar för att isolera partikelns vibrationer kommer sannolikt att visa sig vara vägen framåt för mätning av kvantgravitation.

”Att lösa dessa mysterier kommer att hjälpa oss att avslöja fler hemligheter om universums själva struktur, från de minsta partiklarna till de största kosmiska strukturerna.”

Ytterligare information: Tim Fuchs et al, Measuring gravity with milligram levitated masses, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk2949. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2949

Bli först med att kommentera

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras.