Izmerili najšibkejšo gravitacijsko silo doslej

Raziskovalci z Univerze na Dunaju so izmerili jakost gravitacije med dvema majhnima kroglama v laboratoriju, kar je bistveno pomembnejši in predvsem težji dosežek, kot bi pričakovali. Dve zlati krogli z maso 90 miligramov sta bili na razdalji od 2,5 do 5,8 milimetra sta se v povprečju privlačili s silo 9 . 10^-14 N. In to so uspeli izmeriti, o čemer pišejo v Nature.

Gravitacija je med štirimi osnovnimi silami (močna, šibka, elektromagnetna) daleč najšibkejša, a ima neskončen domet (tudi elektromagnetna sila ga ima). Zaradi tega se njen vpliv pozna šele pri velikih masah in ogromnih razdaljah. V resnici dolgo časa nismo bili prepričani, kako se obnaša na zelo kratkih razdaljah in pri nizkih masah, ker tega ni bilo možno izmeriti. Iz drugih meritev so seveda ekstrapolirali zakone, ki so dobro popisovali obnašanje, a pravega dokaza ni bilo. Kasneje se je z napredkom tehnike letvica dosegljivih meritev pomikala čedalje niže.

Za meritev gravitacijskih valov, ki nastanejo ob premikih astronomskih mas, so morali izdelati instrument, ki v dolžino meri štiri kilometre in je sposoben izmeriti razlike v dolžini, ki ustreza desettisočinki premera atoma. Tako šibka je gravitacija.

Na Dunaju so izmerili gravitacijsko silo, ki je ustrezala pospešku 2 x 10^-11 m/s², za kar je bilo treba sistem opazovati več kot pol dneva. Natančnost eksperimenta so ocenili tako, da so povratno izračunali gravitacijsko konstanto, ki se je od znane vrednosti razlikovala za devet odstotkov. Za meritve tako šibkih efektov je to izjemen rezultat. Pri meritvah so morali upoštevati cel kup motenj, saj je bila merjena gravitacijska sila primerljiva s silo, ki jo je imel človek na razdalji tri metre ali tramvaj, ki pelje 50 metrov od stavbe. Eksperiment je potekal pod vakuumom, še prej pa so posodo prepihali z ioniziranim dušikom, da so jo razelektrili. Nato so med krogli dali še Faradayevo kletko.

Merjenje gravitacijskega privlaka tako majhnih objektov pa ima še druge namene, ne le potrjevanje teorije gravitacije. Ta namreč še vedno ni v skladu s kvantno mehaniko, kar pomeni, da moramo na mikroskopski svet gledali z drugimi očali kakor na astronomskega. To fizike strašno moti, a teorije poenotenja še ni na vidiku. Sposobnost, da spremljamo gravitacijske efekte na objekte, ki so dovolj majhni in blizu, da so kvantni efekti očitni, je eden izmed zidakov, ki je potreben za odkritje teorije poenotenja.

Meritve so izvajali s torzijskim nihalom. Na enem koncu paličice je ena masa, paličica pa je obešena na sredini, tako da se lahko vrti v ravnini. Zaradi gravitacijske sile se nihalo nekoliko zavrti, kar merimo z zrcalom, ki je prav tako na sredini. Na drugem koncu paličice je protiutež.