Το 1797, ο Άγγλος επιστήμονας Henry Cavendish μέτρησε τη δύναμη του βαρύτητα με τσιπ από μολύβδινες σφαίρες, ξύλινες ράβδους και σύρμα. Στον 21ο αιώνα, οι επιστήμονες κάνουν κάτι πολύ παρόμοιο με μάλλον πιο εξελιγμένα εργαλεία: τα άτομα.
Η βαρύτητα μπορεί να είναι ένα πρώιμο θέμα στα εισαγωγικά μαθήματα φυσικής, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι οι επιστήμονες δεν προσπαθούν ακόμα να τη μετρήσουν με ολοένα αυξανόμενη ακρίβεια. Τώρα, μια ομάδα φυσικών το έχει κάνει χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα του διαστολή χρόνου — η επιβράδυνση του χρόνου που προκαλείται από αυξημένη ταχύτητα ή βαρυτική δύναμη — στα άτομα. Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο σήμερα (13 Ιανουαρίου) στο περιοδικό Science, οι ερευνητές ανακοινώνουν ότι κατάφεραν να μετρήσουν την καμπυλότητα του χωροχρόνου.
Το πείραμα είναι μέρος μιας περιοχής της επιστήμης που ονομάζεται συμβολομετρία ατόμων. Εκμεταλλεύεται μια αρχή του κβαντική μηχανική: όπως ένα κύμα φωτός μπορεί να αναπαρασταθεί ως σωματίδιο, ένα σωματίδιο (όπως ένα άτομο) μπορεί να αναπαρασταθεί ως “πακέτο κυμάτων”. Και όπως τα κύματα φωτός μπορούν να επικαλύπτονται και να δημιουργούν παρεμβολές, έτσι και τα κυματικά πακέτα μπορούν να έχουν σημασία.
Σχετίζεται με: Ο μεγαλύτερος χάρτης της σκοτεινής ενέργειας θα μπορούσε να αποκαλύψει τη μοίρα του σύμπαντος
Συγκεκριμένα, εάν το κυματικό πακέτο ενός ατόμου χωριστεί στα δύο, αφεθεί να κάνει κάτι και μετά ανασυνδυαστεί, τα κύματα μπορεί να μην ευθυγραμμιστούν πια — με άλλα λόγια, οι φάσεις τους έχουν αλλάξει.
«Προσπαθεί κανείς να εξάγει χρήσιμες πληροφορίες από αυτή τη μετατόπιση φάσης», είπε στο Space.com ο Albert Roura, φυσικός στο Ινστιτούτο Κβαντικών Τεχνολογιών στο Ουλμ της Γερμανίας, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη. Ρούρα έγραψε ένα κομμάτι «Προοπτικές». σχετικά με τη νέα έρευνα, η οποία δημοσιεύτηκε διαδικτυακά στο ίδιο τεύχος του Science σήμερα.
Βαρυτικό κύμα Οι ανιχνευτές λειτουργούν με παρόμοια αρχή. Μελετώντας τα σωματίδια με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες μπορούν να ρυθμίσουν τους αριθμούς πίσω από μερικές από τις βασικές λειτουργίες του σύμπαντος, όπως το πώς συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια και πόσο ισχυρή είναι πραγματικά η βαρύτητα – και πώς αλλάζει διακριτικά ακόμη και σε σχετικά μικρές αποστάσεις.
Είναι αυτό το τελευταίο αποτέλεσμα που μέτρησαν ο Chris Overstreet του Πανεπιστημίου Stanford και οι συνεργάτες του η νέα μελέτη. Για να γίνει αυτό, δημιούργησαν ένα «ατομικό σιντριβάνι», που αποτελείται από έναν σωλήνα κενού ύψους 33 ποδιών (10 μέτρων) διακοσμημένο με ένα δαχτυλίδι γύρω από την κορυφή.
Οι ερευνητές έλεγξαν το ατομικό σιντριβάνι εκτοξεύοντας παλμούς λέιζερ μέσα από αυτό. Με έναν παλμό, εκτόξευσαν δύο άτομα προς τα πάνω από το κάτω μέρος. Τα δύο άτομα έφτασαν σε διαφορετικά ύψη προτού ένας δεύτερος παλμός τα εκτοξεύσει. Ένας τρίτος παλμός έπιασε τα άτομα στο κάτω μέρος, ανασυνδυάζοντας τα κυματικά πακέτα των ατόμων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα δύο πακέτα κυμάτων ήταν εκτός φάσης – ένα σημάδι ότι το βαρυτικό πεδίο στο ατομικό σιντριβάνι δεν ήταν εντελώς ομοιόμορφο.
“Αυτο μεσα γενική σχετικότητα, μπορεί να γίνει κατανοητό, στην πραγματικότητα, ως η επίδραση της καμπυλότητας του χωροχρόνου», είπε ο Roura στο Space.com, αναφερόμενος σε μια από τις πιο διάσημες θεωρίες του Albert Einstein.
Δεδομένου ότι το άτομο που ανέβηκε ψηλότερα ήταν πιο κοντά στον δακτύλιο, γνώρισε μεγαλύτερη επιτάχυνση χάρη στη βαρύτητα του δακτυλίου. Σε ένα απόλυτα ομοιόμορφο βαρυτικό πεδίο, τέτοια φαινόμενα θα ακυρώνονταν. Αυτό δεν συνέβη εδώ. Αντίθετα, τα κυματικά πακέτα των ατόμων ήταν εκτός φάσης και χάρη στα αποτελέσματα της διαστολής του χρόνου, το άτομο που παρουσίαζε μεγαλύτερη επιτάχυνση ήταν πάντα τόσο λίγο εκτός χρόνου με το αντίστοιχο.
Το αποτέλεσμα είναι μια μικροσκοπική αλλαγή, αλλά η συμβολομετρία ατόμων είναι αρκετά ευαίσθητη για να την εντοπίσει. Και δεδομένου ότι οι επιστήμονες μπορούν να ελέγξουν την τοποθέτηση και τη μάζα του δακτυλίου, είπε ο Roura στο Space.com, «είναι σε θέση να μετρήσουν και να μελετήσουν αυτά τα αποτελέσματα».
Αν και η τεχνολογία πίσω από αυτήν την ανακάλυψη – η συμβολομετρία ατόμων – μπορεί να φαίνεται απόκρυφη, η συμβολομετρία ατόμων μπορεί μια μέρα να χρησιμοποιηθεί για ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και βοηθήστε μας πλοήγηση καλύτερα από το GPS, είπαν οι ερευνητές.
Ακολουθήστε μας στο Twitter @Spacedotcom ή επάνω Facebook.