Các nhà vật lý đã đo thành công lực hấp dẫn trong thế giới lượng tử, phát hiện ra lực hấp dẫn yếu lên một hạt nhỏ bằng kỹ thuật mới sử dụng nam châm lơ lửng, đưa các nhà khoa học đến gần hơn với việc giải đáp những bí ẩn của vũ trụ.

Các nhà khoa học đang tiến một bước gần hơn tới việc làm sáng tỏ các lực bí ẩn của vũ trụ sau khi tìm ra cách đo lực hấp dẫn ở cấp độ vi mô.

Các chuyên gia chưa bao giờ hiểu đầy đủ cách lực mà Isaac Newton phát hiện ra hoạt động như thế nào trong cõi lượng tử nhỏ bé.

Ngay cả Einstein cũng bối rối trước lực hấp dẫn lượng tử, và trong thuyết tương đối rộng của ông đã nói rằng không có thí nghiệm thực tế nào có thể cho thấy một phiên bản lượng tử của lực hấp dẫn.

Một bước đột phá trong lực hấp dẫn lượng tử

Tuy nhiên, các nhà vật lý tại Đại học Southampton, làm việc với các nhà khoa học ở châu Âu, đã thành công trong việc phát hiện lực hút yếu lên một hạt nhỏ bằng một kỹ thuật mới.

Họ cho rằng điều này có thể mở đường cho việc tìm ra lý thuyết hấp dẫn lượng tử khó nắm bắt.

Kinh nghiệm được công bố trong Sự tiến bộ của khoa học tạp chí, đã sử dụng nam châm công suất cao để phát hiện lực hấp dẫn trên các hạt cực nhỏ – đủ nhỏ để thách thức thế giới lượng tử.

Ấn tượng của nghệ sĩ về thí nghiệm lượng tử. Tín dụng: Đại học Southampton

Tiên phong nghiên cứu trọng lực

Tác giả chính Tim Fox, từ Đại học Southampton, cho biết những phát hiện này có thể giúp các chuyên gia tìm ra mảnh ghép còn thiếu trong bức tranh thực tế của chúng ta.

Ông nói thêm: “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.

“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 lực hấp dẫn hoạt động song song.

“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.

“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.”

Các quy luật của thế giới lượng tử vẫn chưa được khoa học hiểu đầy đủ, nhưng các hạt và lực ở cấp độ vi mô được cho là tương tác khác với các vật thể có kích thước bình thường.

Các học giả từ Southampton đã tiến hành thí nghiệm với các nhà khoa học tại Đại học Leiden ở Hà Lan và Viện Quang tử và Công nghệ nano ở Ý, được tài trợ bởi quỹ tài trợ EIC Pathfinder (QuCoM) của EU Horizon Europe.

Nghiên cứu của họ sử dụng một thiết lập phức tạp bao gồm các thiết bị siêu dẫn, được gọi là bẫy, với từ trường, máy dò nhạy và khả năng cách ly rung động tiên tiến.

Một lực kéo yếu, chỉ 30 ampe, được đo trên một hạt nhỏ tới 0,43 mg bằng cách giữ nó ở nhiệt độ đóng băng lên tới một phần trăm độ trên. Không tuyệt đối – Khoảng -273 độ độ C.

Mở rộng chân trời nghiên cứu lượng tử

Giáo sư vật lý Hendrik Ulbricht, cũng tại Đại học Southampton, cho biết kết quả này mở ra cánh cửa cho các thí nghiệm trong tương lai giữa các vật thể và lực nhỏ hơn.

Ông nói thêm: “Chúng tôi đang vượt qua ranh giới của khoa học để có thể dẫn đến những khám phá mới về lực hấp dẫn và thế giới lượng tử.

“Công nghệ mới của chúng tôi sử dụng nhiệt độ đông lạnh và các thiết bị để cô lập rung động của hạt có khả năng chứng minh hướng đi mới trong việc đo lực hấp dẫn lượng tử.

“Việc làm sáng tỏ những bí ẩn này sẽ giúp chúng ta khám phá thêm nhiều bí mật về kết cấu của vũ trụ, từ những hạt nhỏ nhất đến những cấu trúc vũ trụ lớn nhất.”

Tham khảo: “Đo trọng lực với khối lượng nâng tính bằng miligam” của Tim M. Fox và Dennis J. Uytenbroek, Jimmy Plug, Noud van Halteren, Jean-Paul van Soest, Andrea Venanti, Hendrik Ulbricht và Tjerk H. Osterkamp, ​​​​ngày 23 tháng 2 năm 2024, Sự tiến bộ của khoa học.
doi: 10.1126/sciadv.adk2949