Les physiciens mesurent le plus petit champ gravitationnel jamais détecté

La gravité peut être comprise comme résultant de la distorsion de l'espace-temps, ce qui est évident dans cette impression de l'artiste.

La gravité peut être comprise comme résultant de la distorsion de l’espace-temps, ce qui est évident dans cette impression de l’artiste.
image: Ingénieur scientifique

Au cours de la saison de Noël 2019, quatre physiciens ont survolé deux petits corps célestes dorés, chacun de la taille d’un scarabée, au laboratoire de Vienne. C’était silencieux, de toutes les manières que vous pouvez imaginer: Audible, sismique, voire électromagnétique. Il doit en être ainsi, car les chercheurs essayaient de comprendre l’effet de l’attraction gravitationnelle d’une balle sur l’autre.

Ils ont constaté que c’était le cas, initialement pour les balayages gravimétriques à cette échelle. L’une des boules d’or (le “bloc source”) est enregistrée en balançant l’autre balle, très légèrement. Les résultats étaient l’équipe Publié Aujourd’hui dans la nature.

“Si vous preniez notre petite planète dorée, tout objet à la surface de la planète tomberait en fait à une vitesse 30 milliards de fois plus lente que la vitesse à laquelle les objets tomberaient au sol”, Marcus Aspelmayr, physicien quantique à l’Université de Vienne et l’un des auteurs de la recherche a déclaré: Dans un appel vidéo. “C’est la taille dont nous parlons.”

Les attaques contre la gravité, l’une des forces fondamentales de la nature et peut-être la plus perceptible, ont tendance à se produire aux échelles les plus massives et les plus miniatures. La recherche d’une grande gravité concerne des masses éloignées – les enquêtes sur les trous noirs et les étoiles à neutrons sont projetées à travers l’univers. Mais une meilleure compréhension du moindre effort de force se produit ici sur Terre, car les chercheurs peuvent contrôler leur environnement d’expérience avec infiniment plus de facilité depuis l’étendue difficile de l’espace.

Pour l’Aspelmeyer, ce contrôle signifiait supprimer les variables qui pourraient gâcher les résultats de l’équipe, du chercheur dérivant près des orbes dorés. Pendant le test de trafic extérieur. Les physiciens ont délibérément mené les expériences pendant les vacances, alors que moins de tramways circulaient à l’extérieur La congestion normale des affaires à Vienne ralentira à mesure que les gens resteront chez eux avec leur famille.

Aspelmeyer a déclaré: “Vous devez pratiquer quelques astuces, pour distinguer l’accélération du bloc source par rapport à celle de toutes les autres masses.”

L’or a été choisi pour le bloc source car il est lourd, dense et peut être très pur, et les physiciens peuvent facilement comprendre toutes les propriétés du bloc. Tout comme vous le feriez pour un nouveau bijou, ils ont acheté de l’or destiné à la recherche fondamentale en physique chez un orfèvre viennois local, qui l’a fabriqué spécifiquement à l’échelle de la taille.

Dans l’expérience, de petites perles d’or ont été séparées avec un petit bouclier de Faraday pour éviter toute interférence électromagnétique. une pièce Sur une bande horizontale suspendue au plafond avec un miroir dessus, et l’autre – la masse exerçant un champ gravitationnel – a été déplacée par intermittence. Un laser a été pointé vers le miroir et les mouvements accrus de la balle à l’extrémité réceptrice de ce champ de force fin ont été enregistrés dans les mouvements du laser, qui ont été enregistrés avec précision.

Le champ a été mesuré en détectant l'effet du mouvement d'une boule d'or sur une autre.

Le champ a été mesuré en détectant l’effet du mouvement d’une boule d’or sur une autre.
image: Tobias Westphal, Université de Vienne

Christian Rothleitner, physicien non affilié à Physikalisch-Technische Bundesanstalt en Allemagne, a déclaré dans l’article de perspective ci-joint. “L’expérience est donc la première à montrer que la loi de gravité de Newton s’applique même à des masses sources aussi petites que celle-ci.”

Ce n’est pas la fin des petites enquêtes gravimétriques. RécemmentLes physiciens espèrent mesurer les champs gravitationnels dans un état quantique, conciliant ainsi le fait que la relativité générale, la théorie qui explique le mieux la gravité, ne peut être expliquée d’un point de vue de la mécanique quantique. Plus les mesures sur le terrain sont précises, plus les chercheurs peuvent répondre aux grandes questions, comme pourquoi la matière noire est-elle si invisible? Mais cela contribue toujours à la masse de l’univers.

Bien avant de mener de telles expériences à petite échelle, l’équipe travaillera avec des masses non quantiques plus petites.

“Le principal facteur limitant à l’heure actuelle est toujours le bruit ambiant, et cela n’implique pas nécessairement une configuration expérimentale différente”, a déclaré le co-auteur Hans Hippach, physicien à l’Université de Vienne, dans le même appel vidéo. “Le facteur fondamentalement limitant de l’expérience actuelle est le bruit thermique de la suspension pendulaire. Ainsi, l’élimination de la suspension et l’élévation de la masse d’essai (par exemple, Magnétiquement) permettent des masses plus petites. “

La correction gravitationnelle a révélé une nouvelle petite échelle pour la force la plus faible de l’univers. Trouver cela nécessite un environnement de laboratoire très contrôlé et des mathématiques dures. La prochaine fois que vous serez à Vienne, n’oubliez pas de vous taire. Les physiciens travaillent.

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