Într-un articol recent publicat în revista Science Advances, sunt prezentate rezultatele unei măsurători a forței de atracție gravitaționale la scară microscopică – practic, o forță de atracție gravitațională de ordinul unei miliardimi de miliardine de Newton.

Acest rezultat este important, deoarece ne duce un pas înainte spre studiul unui posibil regim cuantic al gravitației.

Gravitația

Forța de atracție gravitațională este descrisă de teoria lui Newton, în care această forță este exprimată printr-o formulă care ne arată cum atracția între două corpuri depinde de masa acestora și de distanța dintre ele. O teorie a gravitației mai precisă a fost propusă de Einstein – teoria relativității generale, în care noțiunea de forță este înlocuită de geometria spațiului și a timpului, care depinde de conținutul de materie și energie din Univers.

Teoria lui Einstein

Teoria relativității generale a lui Einstein este extrem de bine confirmată în prezent. Practic, orice obiect din Univers deformează geometria spațiului și a timpului; obiectele, la rândul lor, în Univers, se mișcă ținând cont de geometria acestuia. Una dintre ultimele confirmări ale acestei teorii a fost obținută relativ recent prin măsurarea undelor gravitaționale de către antenele LIGO și VIRGO. Totuși, relativitatea generală este o teorie clasică, nu cuantică. Există oare o teorie cuantică a gravitației?

În căutarea unei teorii cuantice a gravitației

De-a lungul anilor s-a căutat unificarea teoriei relativității generale cu cea cuantică în cadrul unei așa-numite teorii cuantice a gravitației. Einstein însuși a încercat să descopere o asemenea teorie. În prezent, există mai multe propuneri pentru o teorie cuantică a gravitației, precum: teoria corzilor (string theory) sau cea așa-numită quantum loop.

Nu avem însă dovezi experimentale că una dintre acestea ar fi valabilă. Ba mai mult, s-ar putea ca nici să nu existe o asemenea teorie (așa cum susține Sir Roger Penrose); în cazul acesta, poate este de modificat teoria cuantică, și nu cea a relativității generale. Pentru a înțelege însă mai bine ce avem de făcut, sunt necesare experimente de mare precizie la nivel microscopic, adică studiul atracției gravitaționale la scară microscopică, acolo unde eventualele efecte cuantice ar putea să-și spună cuvântul.

Un nou experiment măsoară atto-Newtonul

Un nou experiment efectuat la University of Southampton, în UK, folosind un aparat experimental sofisticat, cu dispozitive supraconductoare, un fel de capcană, cu câmpuri magnetice, detectoare sensibile și izolare avansată a vibrațiilor, a reușit să măsoare o atracție gravitațională extrem de mică, de doar 30 aN (atto-Newtonul reprezintă a miliarda parte de omiliardine de Newton, deci 10 la puterea minus 18), exercitată asupra unei particule minuscule de doar 0,43 mg, prin levitarea acesteia la temperaturi de o sutime de grad peste zero absolut - aproximativ -273 de grade Celsius. Un adevărat record!

Spre regimul cuantic (al gravitației)?

Noua măsurătoare este extrem de importantă, deoarece face un pas înainte spre un regim (eventual) cuantic. Adică spre studiul gravitației pentru obiecte cu masă foarte mică, obiecte care au un (posibil) comportament cuantic. Mai sunt încă multe de făcut, deoarece tehnicile experimentale utilizate sunt foarte complexe – precum am văzut, temperaturi criogenice, aproape de zero absolut, dar și izolarea sistemului față de vibrațiile din mediul înconjurător.

O eventuală măsurătoare a unui regim cuantic – deci unul în care se așteaptă efecte cuantice în atracția gravitațională măsurată - ne-ar putea îndruma spre o nouă teorie. O teorie care ne-ar ajuta inclusiv să înțelegem ce este în interiorul găurilor negre, dar și cum evoluează Universul, cum acesta a luat naștere și care ar fi teoria care descrie evoluția acestuia începând din primele momente. 

sursa: science.org

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, director de cercetare în domeniul fizicii particulelor elementare și al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisică Nucleare (Roma, Italia) și colaborator al Scientia.ro