Μια κβαντική μέθοδος προσδιορισμού της σταθεράς παγκόσμιας έλξης

Posted on 24/06/2014

0


Μια νέα τεχνική που χρησιμοποιεί ψυχρά άτομα ρουβιδίου σε χαμηλές θερμοκρασίες δίνει μικρότερη τιμή σε σχέση με την μέχρι σήμερα αποδεκτή τιμή της σταθεράς G του Νεύτωνα

Η βαρυτική έλξη μεταξύ δύο σωμάτων, συμπεριλαμβανομένης της Γης και του μήλου του Νεύτωνα,είναι ανάλογη του γινομένου των μαζών και αντιστρόφως ανάλογη της μεταξύ τους απόστασης. Στην εξίσωση που υπολογίζει την δύναμη της βαρυτικής έλξης υπεισέρχεται και μια σταθερά G, η σταθερά της παγκόσμιας έλξης.

Η βαρυτική έλξη μεταξύ δύο σωμάτων, συμπεριλαμβανομένης της Γης και του μήλου του Νεύτωνα, είναι ανάλογη του γινομένου των μαζών και αντιστρόφως ανάλογη της μεταξύ τους απόστασης. Στην εξίσωση που υπολογίζει την δύναμη της βαρυτικής έλξης υπεισέρχεται και μια σταθερά G, η σταθερά της παγκόσμιας έλξης.

newton_lawΣτην εργασία που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature με τίτλο «Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms«, περιγράφoνται οι μετρήσεις βαρυτικής έλξης (μικροσκοπικής κλίμακας) μεταξύ ατόμων ρουβιδίου και μιας διάταξης κυλίνδρων βολφραμίου μάζας 516 κιλών.

WEB_schlamminger

Η μέτρηση της σταθεράς G με ατομική συμβολομετρία (το πρώτο πειραματικό σημείο πάνω) σε σύγκριση με τις παλαιότερες μετρήσεις που χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους

Από τις μετρήσεις αυτές υπολογίζεται η τιμή της σταθεράς της παγκόσμιας έλξης με σφάλμα 0,015% – λίγο μεγαλύτερο από το σφάλμα των συμβατικών μεθόδων μέτρησης της σταθεράς. Η τιμή της σταθεράς είναι μικρότερη όχι μόνο από την τιμή που μέτρησαν οι Quinn et al πέρυσι, αλλά και από όλες τις μετρήσεις από το 1982 και μετά! [Διαβάστε σχετικά: Αυξήθηκε η σταθερά της παγκόσμιας έλξης;]

Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα εκμεταλλεύεται κυματική φύση των υλικών σωματιδίων. Χρησιμοποιήθηκαν νέφη ατόμων ρουβιδίου, όπου παλμοί λέιζερ σχεδόν ακινητοποιούσαν τα άτομα, έτσι ώστε η θερμοκρασία τους να τείνει προς το απόλυτο μηδέν της κλίμακας Κέλβιν, κατευθύνοντάς τα προς τα πάνω και στη συνέχεια αφήνονταν να πέσουν ελεύθερα υπό την επίδραση της βαρύτητας.

H πειραματική διάταξη

H πειραματική διάταξη

Οι παλμοί των λέιζερ προκαλούσαν μια ειδική διέγερση των ατόμων του ρουβιδίου, που έφθαναν σε 60 ή 90 εκατοστά ύψος πριν αρχίσουν να πέφτουν προς τα πίσω, ενώ οι μετρήσεις των διαφορών στις μετατοπίσεις φάσης έδιναν πληροφορίες σχετικά με την επιτάχυνση που προκαλεί η βαρύτητα.  Χρησιμοποιήθηκαν δυο ατομικά συμβολόμετρα για να εξουδετερωθούν οι συνέπειες της βαρύτητας της Γης και των παλιρροϊκών δυνάμεων από τη Σελήνη και τον Ήλιο, που αλλάζουν με τον χρόνο.  Επειδή οι μάζες των ατόμων και των κυλίνδρων και η απόσταση μεταξύ τους ήταν γνωστές με εξαιρετική ακρίβεια, οι ερευνητές μπορούσαν να προσδιορίσουν την τιμή σταθεράς G από τις πολλαπλές μετρήσεις με τα νέφη των ατόμων 87Rb.

Η διαφορά στην τιμή του G που μετρήθηκε σε σχέση με τις προηγούμενες, ίσως τελικά να οφείλεται σε πειραματικά σφάλματα της μεθόδου. Αν όμως οι μετρήσεις αυτές βρίσκονται προς την σωστή κατεύθυνση, τότε είναι πιθανόν ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα να λειτουργεί διαφορετικά στις μικρές αποστάσεις ενός εργαστηρίου απ’ ότι μακροσκοπικά….

… Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: www.nature.com