Wetenschappers zijn een stap dichter bij het ontrafelen van de mysterieuze krachten van het universum nadat ze hebben ontdekt hoe ze de zwaartekracht op microscopisch niveau kunnen meten.

Deskundigen hebben nooit helemaal begrepen hoe de kracht die door Isaac Newton werd ontdekt, werkt in de kleine kwantumwereld. Zelfs Einstein was verbijsterd door de kwantumzwaartekracht en zei in zijn algemene relativiteitstheorie dat er geen realistisch experiment bestaat dat een kwantumversie van de zwaartekracht zou kunnen aantonen.

Maar nu hebben natuurkundigen van de Universiteit van Southampton, in samenwerking met wetenschappers in Europa, met succes een zwakke zwaartekracht op een klein deeltje gedetecteerd met behulp van een nieuwe techniek.

Ze beweren dat dit de weg zou kunnen vrijmaken voor het vinden van de ongrijpbare kwantumzwaartekrachttheorie.

Het experiment, gepubliceerd in Science Advances , gebruikte zwevende magneten om de zwaartekracht op microscopisch kleine deeltjes te detecteren – klein genoeg om aan het kwantumrijk te grenzen.

Hoofdauteur Tim Fuchs, van de Universiteit van Southampton, zei dat de resultaten experts kunnen helpen het ontbrekende puzzelstukje in ons beeld van de werkelijkheid te vinden.

Hij voegde eraan toe:‘Al een eeuw lang proberen wetenschappers te begrijpen hoe de zwaartekracht en de kwantummechanica samenwerken, maar zijn ze er niet in geslaagd. Nu we met succes zwaartekrachtsignalen hebben gemeten bij de kleinste massa die ooit is geregistreerd, betekent dit dat we een stap dichter bij het uiteindelijke besef zijn hoe het werkt. samen.

‘Vanaf hier zullen we beginnen met het opschalen van de bron met behulp van deze techniek totdat we de kwantumwereld aan beide kanten bereiken. Door de kwantumzwaartekracht te begrijpen, kunnen we enkele mysteries van ons universum oplossen, zoals hoe het begon, wat er gebeurt in zwarte gaten, of het verenigen van alle krachten in één grote theorie."

De regels van het kwantumrijk worden nog steeds niet volledig begrepen door de wetenschap, maar er wordt aangenomen dat deeltjes en krachten op microscopische schaal anders op elkaar inwerken dan objecten van normale grootte.

Academici uit Southampton voerden het experiment uit met wetenschappers van de Universiteit Leiden in Nederland en het Instituut voor Fotonica en Nanotechnologieën in Italië.

Hun onderzoek maakte gebruik van een geavanceerde opstelling met supergeleidende apparaten, bekend als vallen, met magnetische velden, gevoelige detectoren en geavanceerde trillingsisolatie. Het mat een zwakke trekkracht, slechts 30aN, op een klein deeltje van 0,43 mg door het te laten zweven bij temperaturen onder het vriespunt, een honderdste van een graad boven het absolute nulpunt – ongeveer –273 graden Celsius.

De resultaten openen de deur voor toekomstige experimenten tussen nog kleinere objecten en krachten, zei hoogleraar natuurkunde Hendrik Ulbricht, eveneens aan de Universiteit van Southampton.

Hij voegde eraan toe:"We verleggen de grenzen van de wetenschap die zouden kunnen leiden tot nieuwe ontdekkingen over de zwaartekracht en de kwantumwereld.

"Onze nieuwe techniek die gebruik maakt van extreem lage temperaturen en apparaten om de trillingen van het deeltje te isoleren, zal waarschijnlijk de weg voorwaarts blijken voor het meten van de kwantumzwaartekracht.

"Het ontrafelen van deze mysteries zal ons helpen meer geheimen te ontsluiten over de structuur van het universum, van de kleinste deeltjes tot de grootste kosmische structuren."

Meer informatie: Tim Fuchs et al, Zwaartekracht meten met milligram zwevende massa's, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2949. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2949

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

Aangeboden door Universiteit van Southampton