Группа физиков под руководством Шань-Цин Янга из Университета Сунь Ятсена (Китай) провела эксперимент по измерению гравитационного притяжения между самыми легкими объектами из когда-либо зафиксированных. Исследователи использовали две кремниевые пластины массой всего по 7,6 миллиграммов каждая. Эта работа, опубликованная в журнале Nature Communications, является шагом к поиску связи между классической гравитацией и квантовой механикой.
Суть эксперимента
Для проведения измерений ученые использовали модифицированную версию опыта Генри Кавендиша с крутильными весами. С помощью метода глубокого травления кремния была создана миниатюрная система: на одном конце подвесного стержня находилась тестовая кремниевая пластина, на другом — противовес.
Вместо одного массивного объекта рядом с весами установили вращающееся колесо с 16 идентичными кремниевыми пластинами по окружности. Колесо совершало полный оборот за 10 минут, и каждая пластина по очереди оказывала гравитационное воздействие на тестовую массу. Это позволило создать повторяющийся сигнал, который было легче отличить от фонового шума.
Технические сложности
Чтобы исключить влияние электростатических сил, всю установку поместили в вакуумную камеру, а вращающиеся массы отделили от весов тонкой кремниевой мембраной с золотым напылением. Кроме того, исследователи применили систему электронной обратной связи, которая удерживала баланс в неподвижном состоянии. Сила притяжения определялась по величине усилия, необходимого для противодействия гравитации.
Результаты и значение
В ходе эксперимента было зафиксировано притяжение силой 471 аттоньютон (0,000000000000000471 Н) при минимальном расстоянии между объектами. Для сравнения: эта сила примерно в 20 миллиардов раз слабее, чем сила, удерживающая одну песчинку массой 1 мг на поверхности Земли.
Результаты полностью совпали с предсказаниями Исаака Ньютона. На основе полученных данных ученые рассчитали гравитационную постоянную (G), значение которой совпало с международно рекомендованным с погрешностью 5,3%.
Хотя этот опыт еще не открыл путь к квантовой гравитации, он подтвердил работоспособность закона всемирного тяготения на экстремально малых масштабах. Конечная цель подобных исследований — измерить гравитацию между объектами, поведение которых описывается квантовой механикой, чтобы выяснить, обладает ли сама гравитация квантовыми свойствами.
