Bằng cách tác dụng lên một hạt nhỏ bay lên trong bẫy từ, các nhà vật lý đã đo được lực hấp dẫn nhỏ nhất từng được ghi nhận.
Hạt chỉ nặng 0,43 gam. Lực hấp dẫn tác dụng lên cân là attonewton (10-18Newton). Nó đủ nhỏ để nằm ở rìa của thế giới lượng tử, nâng cao khả năng khám phá vật lý cổ điển và cơ học lượng tử tương tác với nhau như thế nào.
“Trong một thế kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng nhưng không hiểu được lực hấp dẫn và cơ học lượng tử phối hợp với nhau như thế nào.” nhà vật lý Tim Fox nói từ Đại học Leiden và Đại học Southampton, người đứng đầu nghiên cứu.
“Bây giờ chúng tôi đã thành công trong việc đo các tín hiệu hấp dẫn ở khối lượng nhỏ nhất từng được ghi nhận, nghĩa là chúng tôi đã tiến một bước gần hơn đến việc hiểu cách chúng hoạt động song song.”
Vấn đề hấp dẫn lượng tử có lẽ được mô tả tốt nhất là khó giải quyết, ít nhất là cho đến nay. Đó là về khuôn khổ của chúng ta để giải thích vũ trụ.
Vật lý cổ điển – lực hấp dẫn – giải thích cách mọi thứ hoạt động trên hầu hết các quy mô. Khi bạn thu nhỏ đến mức nguyên tử và hạ nguyên tử, lực hấp dẫn không còn tác dụng để giải thích những gì chúng ta nhìn thấy nữa.
Đó là lý do tại sao các nhà vật lý sử dụng cơ học lượng tử, và điều đó thật tuyệt. Tuy nhiên, cũng giống như vật lý cổ điển không thể áp dụng cho thang lượng tử, cơ học lượng tử không hoạt động trên thang đo cổ điển. Tuy nhiên, bằng cách nào đó, vũ trụ vẫn hoạt động. Điều này khiến các nhà khoa học tin rằng giải pháp giữa hai khuôn khổ vẫn chưa được tìm ra.
Một cách tiềm năng để nghiên cứu vấn đề này là kiểm tra lực hấp dẫn ở quy mô rất nhỏ. Tuy nhiên, điều này khó khăn hơn bạn tưởng: lực hấp dẫn có ở khắp mọi nơi trong vũ trụ và việc trích xuất tín hiệu quy mô lượng tử trong môi trường hấp dẫn của Trái đất là điều không hề dễ dàng.
Để tránh tình trạng tiến thoái lưỡng nan này, Fuchs và nhóm của ông đã sử dụng cái gọi là bẫy từ tính siêu dẫn. Một cái bẫy nhỏ làm bằng tantalum được làm lạnh đến nhiệt độ tới hạn 4,48 K (-268,67 °C, hay -451,6 °F).
Trong buồng, các hạt được nâng lên. Điều này bao gồm ba Trường nam châm neodymium 0,25mm Một quả cầu thủy tinh có đường kính 0,25 mm được dính vào nhau tạo thành một hạt duy nhất có khối lượng khoảng 0,43 gam.
Thiết bị được treo bằng các lò xo trong hệ thống lò xo tập thể để bảo vệ thí nghiệm khỏi các rung động bên ngoài và bộ điều hòa nhiệt độ được đặt trên các bộ giảm chấn không khí để giảm rung động từ tòa nhà.
Cuối cùng, một bánh xe vận hành bằng điện được đặt cùng với một bộ ba khối đồng nặng 2,45 kg để tạo ra độ dốc trọng lực. Điều này tạo ra một hiệu ứng có thể đo được lên hạt – một lực hấp dẫn chỉ 30 tấn.
Đó là thang đo nhỏ nhất mà các nhà vật lý đo trọng lực, đánh bại kỷ lục được thiết lập chỉ ba năm trước với hai quả bóng vàng nặng 90 miligam.
Các nhà nghiên cứu cho biết đây chỉ là bước đầu tiên. Bây giờ họ đã chứng minh được tính hiệu quả của thử nghiệm của mình, họ đặt mục tiêu đẩy nó đi xa hơn nữa.
“Từ đây, chúng tôi sẽ bắt đầu giảm kích thước của nguồn bằng kỹ thuật này cho đến khi chúng tôi tiếp cận được thế giới lượng tử ở cả hai phía.” Cáo nói. “Bằng cách hiểu được lực hấp dẫn lượng tử, chúng ta có thể giải quyết một số bí ẩn của vũ trụ – chẳng hạn như nó bắt đầu như thế nào, điều gì xảy ra bên trong lỗ đen hoặc hợp nhất tất cả các lực thành một lý thuyết lớn.”
Sẽ luôn có nhiều việc phải làm hơn, nhưng giờ đây chúng ta bắt đầu cảm thấy như thể câu trả lời chỉ là một bước nhảy vọt về lượng tử.
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên Sự tiến bộ của khoa học.