นักฟิสิกส์ได้ค้นพบวิธีใหม่ในการวัดแรงโน้มถ่วงของโลกด้วยเว็บตรงการดูว่าอะตอมทำงานอย่างไรเมื่อลอยอยู่กลางอากาศ แทนที่จะเป็นการตกอย่างอิสระ ตามเนื้อผ้า นักวิทยาศาสตร์ได้วัดอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่มีต่ออะตอมโดยการติดตามว่าอะตอมพังทลายลงมาอย่างรวดเร็วเพียงใด การทดลองดังกล่าวสามารถช่วยทดสอบทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์และวัดค่าคงที่พื้นฐานได้อย่างแม่นยำ ( SN: 4/12/18 ) แต่ท่อยาวเมตรที่ใช้ในการทดลองการตกอย่างอิสระนั้นเทอะทะและป้องกันได้ยากจากการรบกวนจากสิ่ง
แวดล้อม เช่น สนามแม่เหล็กที่หลงทาง ด้วยการตั้งค่าบนโต๊ะแบบใหม่
นักฟิสิกส์สามารถวัดความแรงของแรงโน้มถ่วงของโลกโดยการตรวจสอบอะตอมที่ลอยอยู่ในอากาศสองสามมิลลิเมตรด้วยแสงเลเซอร์
การออกแบบใหม่นี้ ซึ่งอธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์ 8 พ.ย. นั้น สามารถสำรวจแรงโน้มถ่วงที่กระทำโดยวัตถุขนาดเล็กได้ดีกว่า เทคนิคนี้ยังสามารถใช้เพื่อวัดความแปรผันของแรงโน้มถ่วงเล็กน้อยในสถานที่ต่างๆ ในโลก ซึ่งอาจช่วยในการทำแผนที่พื้นทะเลหรือค้นหาน้ำมันและแร่ธาตุใต้ดิน ( SN: 2/12/08 )
นักฟิสิกส์ Victoria Xu และเพื่อนร่วมงานที่ University of California, Berkeley เริ่มต้นด้วยการปล่อยอะตอมของซีเซียมขึ้นไปในอากาศและใช้แสงวาบเพื่อแยกอะตอมแต่ละอะตอมให้อยู่ในสถานะซ้อนทับ ในบริเวณขอบรกควอนตัมที่แปลกประหลาดนี้ แต่ละอะตอมมีอยู่สองแห่งในคราวเดียว: อะตอมรุ่นหนึ่งลอยอยู่สูงกว่าอีกสองสามไมโครเมตร ทีมของ Xu ได้ดักจับอะตอมซีเซียมที่แยกจากกันเหล่านี้ไว้กลางอากาศด้วยแสงจากเลเซอร์
เจอแล้ว อะตอม
ในการวัดแรงโน้มถ่วง นักฟิสิกส์ได้แยกอะตอมออกเป็นสถานะควอนตัมแปลก ๆ ที่เรียกว่า superposition โดยที่อะตอมรุ่นหนึ่งจะสูงกว่ารุ่นอื่นเล็กน้อย (จุดสีน้ำเงินเชื่อมต่อกันด้วยแถบสีเหลืองแนวตั้งในภาพประกอบนี้) นักวิจัยดักจับอะตอมเหล่านี้ไว้กลางอากาศโดยใช้แสงเลเซอร์ (แถบสีน้ำเงินแนวนอน) ขณะอยู่ในแสง แต่ละรุ่นของอะตอมเดี่ยวจะมีพฤติกรรมแตกต่างกันเล็กน้อย เนื่องจากตำแหน่งที่แตกต่างกันในสนามโน้มถ่วงของโลก การวัดความแตกต่างเหล่านี้ทำให้นักฟิสิกส์สามารถระบุความแรงของแรงโน้มถ่วงของโลก ณ ตำแหน่งนั้นได้
SARAH DAVIS
การวัดความแรงของแรงโน้มถ่วงด้วยอะตอมที่ยึดอยู่กับที่ แทนที่จะถูกดึงลงมาด้วยสนามโน้มถ่วง ต้องอาศัยการแตะเข้าไปในความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นของอะตอม ( SN: 11/5/10 ) เอฟเฟกต์ควอนตัมนั้นหมายความว่า คลื่นแสงสามารถทำหน้าที่เหมือนอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน อะตอมสามารถทำหน้าที่เหมือนคลื่นได้ และสำหรับอะตอมซีเซียมแต่ละอะตอมที่ซ้อนทับกัน คลื่นอะตอมรุ่นที่สูงกว่าจะกระเพื่อมเร็วกว่าคู่ที่ต่ำกว่าเล็กน้อย เนื่องจากตำแหน่งที่แตกต่างกันเล็กน้อยของอะตอมในสนามโน้มถ่วงของโลก นักฟิสิกส์สามารถคำนวณความแรงของแรงโน้มถ่วงของโลก ณ จุดนั้นได้โดยการติดตามว่าคลื่นของอะตอมทั้งสองรุ่นไม่สัมพันธ์กันเร็วเพียงใด
นักฟิสิกส์ Alan Jamison จาก MIT กล่าวว่า “น่าประทับใจมาก สำหรับเขา สัญญาสำคัญประการหนึ่งของเทคนิคใหม่นี้คือการวัดที่มีการควบคุมมากขึ้น “การทดลองการตกหล่นเหล่านี้ค่อนข้างท้าทาย โดยที่คุณมีหอคอยสูง 10 เมตร” เขากล่าว “สนามแม่เหล็กนั้นยากต่อการป้องกัน และสภาพแวดล้อมก็สร้างมันขึ้นมาทั่วทุกแห่ง — ระบบไฟฟ้าทั้งหมดในอาคารของคุณ และอื่นๆ การทำงานในปริมาณที่น้อยลงทำให้หลีกเลี่ยงเสียงรบกวนจากสิ่งแวดล้อมได้ง่ายขึ้น”
Holger Müller ผู้เขียนร่วมการศึกษากล่าวว่าอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นยังสามารถวัดผลกระทบของแรงโน้มถ่วงในระยะสั้นได้ “สมมติว่าคุณไม่ต้องการวัดความโน้มถ่วงของโลกทั้งใบ แต่คุณต้องการวัดแรงโน้มถ่วงของสิ่งเล็กๆ เช่น ลูกแก้ว” เขากล่าว “เราแค่ต้องวางหินอ่อนไว้ใกล้กับอะตอมของเรา [และเก็บไว้ที่นั่น] ในการตั้งค่าการตกอย่างอิสระแบบดั้งเดิม อะตอมจะใช้เวลาสั้นมากใกล้กับหินอ่อนของเรา — มิลลิวินาที — และเราจะได้รับสัญญาณน้อยกว่ามาก”
นักฟิสิกส์ Kai Bongs จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมในอังกฤษจินตนาการถึงการใช้กราวิมิเตอร์อะตอมแบบใหม่เพื่อตรวจสอบธรรมชาติของสสารมืดหรือทดสอบแง่มุมพื้นฐานของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ที่เรียกว่าหลักการสมมูล ( SN: 4/28/17 ) ทฤษฎีฟิสิกส์แบบรวมหลายทฤษฎีเสนอให้กระทบยอดกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ซึ่งไม่เข้ากัน – ละเมิดหลักการสมมูลในทางใดทางหนึ่ง “ดังนั้น การมองหาการละเมิดอาจนำเราไปสู่ทฤษฎีที่รวมกันเป็นหนึ่งเดียว” เขากล่าว “นั่นเป็นหนึ่งในจอกศักดิ์สิทธิ์ในวิชาฟิสิกส์”เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง
