Onze fysieke aantrekkingskracht op hete lichamen is echt, volgens natuurkundigen van UC Berkeley.

Om duidelijk te zijn, ze hebben het niet over seksuele aantrekking tot een "heet" menselijk lichaam.

Maar de onderzoekers hebben aangetoond dat een gloeiend object atomen aantrekt, in tegenstelling tot wat de meeste mensen - ook natuurkundigen - zouden vermoeden.

Het kleine effect lijkt veel op het effect dat een laser heeft op een atoom in een apparaat dat een optisch pincet wordt genoemd, die worden gebruikt om atomen te vangen en te bestuderen, een ontdekking die leidde tot de Nobelprijs voor de natuurkunde in 1997, gedeeld door voormalig UC Berkeley-professor Steven Chu, nu in Stanford, Claude Cohen-Tannoudji en William D. Phillips.

Tot drie jaar geleden, toen een groep Oostenrijkse natuurkundigen het voorspelde, niemand dacht dat regelmatig licht, of zelfs alleen de warmte die wordt afgegeven door een warm object - de infrarode gloed die je ziet als je door een nachtkijker kijkt - kan atomen op dezelfde manier beïnvloeden.

UC Berkeley natuurkundigen, die expert zijn in het meten van minieme krachten met behulp van atoominterferometrie, ontwierp een experiment om het te controleren. Toen ze de kracht maten die werd uitgeoefend door de zogenaamde zwartlichaamstraling van een warme wolfraamcilinder op een cesiumatoom, de voorspelling werd bevestigd.

De aantrekkingskracht is eigenlijk 20 keer de aantrekkingskracht tussen de twee objecten, maar aangezien de zwaartekracht de zwakste van alle krachten is, het effect op cesiumatomen - of welk atoom dan ook, molecuul of groter object - is meestal te klein om je zorgen over te maken.

"Het is moeilijk om een ​​scenario te vinden waarin deze kracht zou opvallen, " zei co-auteur Victoria Xu, een afgestudeerde student op de afdeling natuurkunde van UC Berkeley. "Het is niet duidelijk dat het ergens een significant effect heeft. Toch."

Naarmate zwaartekrachtmetingen nauwkeuriger worden, Hoewel, met deze kleine effecten moet rekening worden gehouden. De volgende generatie experimenten om zwaartekrachtsgolven vanuit de ruimte te detecteren, kan gebruik maken van atoominterferometers op een laboratoriumbank in plaats van de kilometerslange interferometers die nu in bedrijf zijn. Interferometers combineren meestal twee lichtgolven om kleine veranderingen in de afgelegde afstand te detecteren; atoominterferometers combineren twee materiegolven om kleine veranderingen in het zwaartekrachtveld te detecteren die ze hebben ervaren.

Voor zeer nauwkeurige traagheidsnavigatie met behulp van atoominterferometers, met deze kracht zou ook rekening moeten worden gehouden.

"Deze aantrekkingskracht van een zwart lichaam heeft een impact overal waar krachten nauwkeurig worden gemeten, inclusief precisiemetingen van fundamentele constanten, tests van de algemene relativiteitstheorie, metingen van de zwaartekracht enzovoort, " zei senior auteur Holger Müller, een universitair hoofddocent natuurkunde. Xu, Müller en hun UC Berkeley-collega's publiceerden hun studie in het decembernummer van het tijdschrift Natuurfysica .

Optisch pincet

Optische pincetten werken omdat licht een superpositie is van magnetische en elektrische velden - een elektromagnetische golf. Het elektrische veld in een lichtstraal zorgt ervoor dat geladen deeltjes bewegen. In een atoom of een kleine bol, dit kan positieve ladingen scheiden, zoals de kern, van negatieve ladingen, zoals de elektronen. Hierdoor ontstaat een dipool, waardoor het atoom of de bol kan werken als een kleine staafmagneet.

Het elektrische veld in de lichtgolf kan deze geïnduceerde elektrische dipool dan verplaatsen, net zoals je een staafmagneet kunt gebruiken om een ​​stuk ijzer rond te schuiven.

Met behulp van meer dan één laserstraal, wetenschappers kunnen een atoom of kraal laten zweven om experimenten uit te voeren.

met zwakke, onsamenhangend licht, als blackbody-straling van een heet object, het effect is veel zwakker, maar nog steeds daar, Müllers team gevonden.

Ze maten het effect door een verdund gas van koude cesiumatomen - afgekoeld tot drie miljoenste van een graad boven het absolute nulpunt (300 nanoKelvin) - in een vacuümkamer te plaatsen en ze omhoog te lanceren met een snelle puls van laserlicht.

De helft krijgt een extra kick naar een inch-lange wolfraamcilinder die gloeit op 185 graden Celsius (365 graden Fahrenheit), terwijl de andere helft onaangeroerd blijft. Wanneer de twee groepen cesiumatomen vallen en elkaar weer ontmoeten, hun materiegolven interfereren, waardoor de onderzoekers de faseverschuiving kunnen meten die wordt veroorzaakt door de wolfraam-cesium-interactie, en bereken zo de aantrekkingskracht van de blackbody-straling.

"Mensen denken dat blackbody-straling een klassiek concept in de natuurkunde is - het was een katalysator voor het starten van de kwantummechanische revolutie 100 jaar geleden - maar er zijn nog steeds coole dingen om erover te leren, ' zei Xu.