اپتیک و کوانتوم

محققان هرگز به طور کامل درک نکرده اند که نیروی کشف شده توسط اسحاق نیوتن چگونه در دنیای کوچک کوانتومی کار می کند. حتی انیشتین هم از گرانش کوانتومی گیج شده بود و در نظریه نسبیت عام خود گفت هیچ آزمایش واقع بینانه ای وجود ندارد که بتواند نسخه کوانتومی گرانش را نشان دهد. اما اکنون فیزیکدانان دانشگاه ساوتهمپتون، با همکاری دانشمندان در اروپا، با موفقیت یک نیروی گرانشی ضعیف را بر روی یک ذره کوچک با استفاده از روشی جدید شناسایی کرده‌اند. آنها ادعا می کنند که می تواند راه را برای یافتن نظریه گریزان گرانش کوانتومی هموار کند.

این آزمایش که در Science Advances منتشر شد، از آهنرباهای معلق برای تشخیص گرانش روی ذرات میکروسکوپی (به اندازه‌ای کوچک که در قلمرو کوانتومی هم مرز باشد) استفاده کرد. تیم فوکس، نویسنده اصلی، از دانشگاه ساوتهمپتون، گفت که نتایج می تواند به متخصصان کمک کند تا قطعه پازل گم شده را در تصویر ما از واقعیت پیدا کنند. وی افزود: "برای یک قرن، دانشمندان تلاش کردند و نتوانستند درک کنند که چگونه گرانش و مکانیک کوانتومی با هم کار می کنند. اکنون ما با موفقیت سیگنال های گرانشی را با کوچکترین جرمی که تا به حال ثبت شده است اندازه گیری کرده ایم. "از اینجا ما شروع به کوچک کردن منبع با استفاده از این تکنیک خواهیم کرد تا زمانی که به دنیای کوانتومی در هر دو طرف برسیم. با درک گرانش کوانتومی، می‌توانیم برخی از اسرار جهانمان را حل کنیم - مانند اینکه چگونه شروع شد، چه اتفاقی در داخل سیاه‌چاله‌ها می‌افتد، یا متحد کردن همه نیروها در یک نظریه بزرگ."

قوانین قلمرو کوانتومی هنوز به طور کامل توسط علم درک نشده است. اما اعتقاد بر این است که ذرات و نیروها در مقیاس میکروسکوپی متفاوت از اجسام با اندازه معمولی برهم کنش دارند. محققان دانشگاه ساوتهمپتون این آزمایش را با دانشمندان دانشگاه لیدن در هلند و موسسه فوتونیک و فناوری نانو در ایتالیا انجام دادند. پروفسور هندریک اولبریشت در دانشگاه ساوتهمپتون نیز گفت که نتایج دریچه ای را برای آزمایش های آینده بین اجسام و نیروهای کوچکتر باز می کند. وی افزود: "ما در حال جابجایی مرزهای علم هستیم که می تواند منجر به اکتشافات جدیدی در مورد گرانش و جهان کوانتومی شود. تکنیک جدید ما که از دماها و دستگاه های بسیار سرد برای جداسازی ارتعاش ذره استفاده می کند احتمالاً راه رو به جلو برای اندازه گیری گرانش کوانتومی باز می کند.

Tim Fuchs et al, Measuring gravity with milligram levitated masses, Science Advances 2024