Forskare är ett steg närmare att reda ut universums mystiska krafter efter att ha utarbetat hur man mäter gravitationen på mikroskopisk nivå.
Experter har aldrig helt förstått hur kraften som upptäcktes av Isaac Newton fungerar i den lilla kvantvärlden. Till och med Einstein blev förbryllad av kvantgravitationen och sa i sin allmänna relativitetsteori att det inte finns något realistiskt experiment som kan visa en kvantversion av gravitationen.
Men nu har fysiker vid University of Southampton, som arbetar med forskare i Europa, framgångsrikt upptäckt en svag gravitationskraft på en liten partikel med hjälp av en ny teknik.
De hävdar att det kan bana väg för att hitta den svårfångade kvantgravitationsteorin.
Experimentet, publicerat i Science Advances , använde svävande magneter för att detektera gravitation på mikroskopiska partiklar – tillräckligt små för att gränsa till kvantvärlden.
Huvudförfattaren Tim Fuchs, från University of Southampton, sa att resultaten kan hjälpa experter att hitta den saknade pusselbiten i vår bild av verkligheten.
Han tillade, "Under ett sekel har forskare försökt och misslyckats med att förstå hur gravitation och kvantmekanik fungerar tillsammans. Nu har vi framgångsrikt mätt gravitationssignaler vid en minsta massa som någonsin registrerats, det betyder att vi är ett steg närmare att äntligen inse hur det fungerar i tandem.
"Härifrån kommer vi att börja skala ner källan med den här tekniken tills vi når kvantvärlden på båda sidor. Genom att förstå kvantgravitationen kan vi lösa några av vårt universums mysterier – som hur det började, vad som händer inuti svarta hål, eller att förena alla krafter till en stor teori."
Reglerna för kvantvärlden är fortfarande inte helt förstådda av vetenskapen – men man tror att partiklar och krafter i mikroskopisk skala interagerar annorlunda än föremål av normal storlek.
Akademiker från Southampton genomförde experimentet med forskare vid Leiden University i Nederländerna och Institutet för fotonik och nanoteknik i Italien.
Deras studie använde en sofistikerad uppsättning som involverade supraledande enheter, kända som fällor, med magnetfält, känsliga detektorer och avancerad vibrationsisolering. Den mätte ett svagt drag, bara 30aN, på en liten partikel med en storlek på 0,43 mg genom att sväva den i minusgrader en hundradels grad över absoluta nollpunkten – cirka –273 grader Celsius.
Resultaten öppnar dörren för framtida experiment mellan ännu mindre föremål och krafter, sa 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 enheter för att isolera vibrationer från partikeln kommer sannolikt att visa vägen framåt för att mäta kvantgravitation.
"Att reda ut dessa mysterier kommer att hjälpa oss att låsa upp fler hemligheter om universums själva tyg, från de minsta partiklarna till de största kosmiska strukturerna."
Mer information: Tim Fuchs et al, Mätning av gravitation med milligram leviterade massor, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2949. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2949
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av University of Southampton
