3 Minutės
Įsivaizduokite dvi vaiduokliškas atomų debesėlius, vos matomas, slenkančias Tiangong kosminės stoties modulyje, kol po jomis sukasi pasaulis. Jos krinta kartu ne sekundę, bet pakankamai ilgai, kad patikrintų vieną iš giliausių fizikos prielaidų.
Toks minties eksperimentas dabar tapo realybe. Tyrėjai atkūrė variantą eksperimento, dažnai priskiriamo Galileo, tačiau atomų masteliu ir orbitoje. Vietoje švino ar geležies rutulių iš pasvirusio bokšto mokslininkai Tiangong viduje išleido dvi ultralauktas rubidžio atomų debesėles ir stebėjo, kaip jos krinta dėl gravitacijos. Svarbus skirtumas: debesėlės turėjo skirtingą branduolio sudėtį. Vienoje buvo rubidžio atomų su daugiau neutronų nei kitoje. Jei gravitacinė masė ir inercinė masė nebūtų identiškos, debesėlės turėjo pagreitėti skirtingai. Tačiau taip neįvyko.
Kaip veikė orbitinis testas
Praktikoje komanda panaudojo lazerinį aušinimą, kad suformuotų dvi šaltas rubidžio grupes ir išdėstė jas laisvajame kritime stoties viduje. Jutikliai stebėjo jų santykinį judėjimą, o aplinka pasiūlė beveik idealią mikrogravitacijos laboratoriją. Žemėje oro pasipriešinimas, seisminis triukšmas ir trumpas kritimo atstumas riboja tikslumą. Žemoje Žemės orbitoje daiktas gali ilgai išlikti nuolatiniame laisvajame kritime, kelis kartus padidinant jautrumą.
Rezultatas buvo įspūdingas. Abiejų atomų debesėlių pagreitinimai sutapo iki 0,05 procento tikslumu. Ši menka frakcija, arba tiksliau jos nebuvimas, palaiko silpnąjį ekvivalentiškumo principą: gravitacinė masė lygi inercinei masei. Šios dvi sąvokos skamba panašiai, bet fizikoje yra skirtingos. Gravitacinė masė matuoja, kiek stipriai objektas jaučia gravitaciją. Inercinė masė nusako, kiek objektas priešinasi pagreičiui, kai jis yra stumiamas. Jei jos susilygina, masė išnyksta iš pagreičio lygčių ir skirtingos masės krenta kartu.
Ekvivalentiškumo principo bandymai nėra vien akademinė pramoga. Šis principas yra bendros reliatyvumo teorijos pagrindas, kuri traktuoja gravitaciją kaip erdvėlaikio išlinkimą. Bet koks nukrypimas galėtų nurodyti naujas jėgas ar daleles už standartinio modelio ribų arba atverti kelią į kvantinės gravitacijos teoriją. Ankstesni kosminiai eksperimentai leido kristi metaliniams cilindrams ir kitiems makroskopiniams bandymo kūnams. Šis naujas tyrimas stumia ribą į kvantinę sritį, naudodamas atomus, kurie paklūsta kvantinei mechanikai bei klasikinei gravitacijai.
Kodėl atomai svarbūs
Atomai yra mažyčiai ir kvantiniai. Jų banginis elgesys gali atskleisti efektus, kuriuos masyvūs objektai slepia. Jei gravitacija susijusi skirtingai su skirtingomis kvantinėmis būsenomis ar branduolio komponentėmis, preciziška atomų interferometrija gali tai užčiuopti. Iki šiol Tiangong eksperimentas neatspindi jokių nukrypimų. Šis stebėjimas sutvirtina apribojimus teorijoms, prognozuojančioms sudėties priklausančius gravitacinius efektus.
Darbas publikuotas žurnale Science Advances ir prisijungia prie augančio erdvėje vykdomų preciziškų matavimų komplekto. Ilgos laisvo kritimo trukmės, ramaus aplinkos triukšmo sąlygos ir patobulintos matavimo technikos daro orbitą patrauklia vieta fundamentinei fizikai. Tikėtina daugiau atomų interferometrijos misijų, didesnis jautrumas ir bandymai su sunkesniais atomais, antimaterija ar susietomis būsenomis.
Kol kas Galileo paprasta intuicija išlieka galiojanti keletą kartų sumažinus mastelį. Dvi skirtingos rubidžio debesėlės krenta kartu, tarsi gravitacija vienodai elgtųsi su visa materija. Toks sutapimas palaiko bendrąją reliatyvumo teoriją ir tuo pačiu sumažina erdvę, kur galėtų slėptis naujoji fizika.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.