Fizikçiler, manyetik bir tuzakta havalanan küçük bir parçacığa etki ederek şimdiye kadar kaydedilen en küçük yerçekimi kuvvetini ölçtüler.
Parçacık sadece 0,43 gram ağırlığındaydı. Ortaya çıkan çekim kuvvetinin gücü ise attonewton (10-18 newton) ölçeğindeydi. Bu, kuantum aleminin hemen eşiğinde olacak kadar küçük bir değerdir ve klasik fizik ile kuantum mekaniğinin nasıl etkileşime girdiğini nihayet çözme olasılığını ortaya koymaktadır.
Araştırmayı yöneten Leiden Üniversitesi ve Southampton Üniversitesi'nden fizikçi Tim Fuchs, "Bir asır boyunca bilim insanları yerçekimi ve kuantum mekaniğinin birlikte nasıl çalıştığını anlamaya çalıştılar ve başarısız oldular" diyor.
"Şimdiye kadar kaydedilen en küçük kütlede yerçekimi sinyallerini başarıyla ölçtüğümüze göre, birlikte nasıl çalıştığını nihayet anlamaya bir adım daha yaklaştık demektir."
Kuantum yerçekimi sorunu belki de en iyi şekilde, en azından şimdiye kadar, içinden çıkılmaz olarak tanımlanabilir. Evreni açıklamak için kullandığımız çerçeve ile ilgilidir.
Klasik fizik – yani yerçekimi – çoğu ölçekte işlerin nasıl yürüdüğünü açıklar. Ancak atomik ve atom altı ölçeklere indiğinizde, yerçekimi gördüklerimizi açıklamakta işe yaramıyor.
Bunun için fizikçiler kuantum mekaniğini kullanırlar ve bu harikadır. Ancak, klasik fiziğin kuantum ölçeklerine uygulanamaması gibi, kuantum mekaniği de klasik ölçekler için çalışmaz. Yine de bir şekilde evren çalışıyor. Bu da bilim insanlarının iki çerçeve arasında bir çözüm bulunması gerektiğine inanmalarına yol açıyor.
Sorunu sorgulamanın potansiyel yollarından biri, yerçekimini gerçekten çok küçük ölçeklerde incelemektir. Ancak bu göründüğünden daha zordur: yerçekimi Evren'in her yerindedir ve Dünya'nın yerçekimi ortamında kuantum ölçeğinde bir sinyali ortaya çıkarmak hiç de kolay değildir.
Bu ikilemi aşmak için Fuchs ve ekibi süper iletken manyetik tuzak adı verilen bir şey kullandı. Tantaldan yapılmış küçük bir tuzak 4,48 Kelvin (-268,67 Celsius) kritik sıcaklığa kadar soğutuluyor.
Bölme içinde parçacık havaya kaldırılır. Bu, kütlesi yaklaşık 0,43 gram olan bir parçacık oluşturmak için birbirine yapıştırılmış üç adet 0,25 milimetrelik neodimyum mıknatıs küresi ve bir adet 0,25 milimetrelik cam küreden oluşur.
Cihaz, deneyi dış titreşimlerden korumak için bir kütle yay sistemindeki yaylara asılmıştır ve kriyostat, binadan gelen titreşimleri sınırlamak için pnömatik damperler üzerine yerleştirilmiştir.
Son olarak, yerçekimi gradyanı oluşturmak için üç adet 2,45 kilogramlık pirinç kütleye sahip elektrikle çalışan bir tekerlek konumlandırılmıştır. Bu, parçacık üzerinde ölçülebilir bir etki yarattı – sadece 30 attonewtonluk bir yerçekimi kuvveti.
Bu, fizikçilerin yerçekimini ölçtükleri en küçük ölçektir ve sadece üç yıl önce 90 miligramlık iki altın küre ile kırılan rekoru geçmiştir.
Araştırmacılar bunun sadece bir ilk adım olduğunu söylüyor. Artık deneylerinin etkinliğini gösterdiklerine göre, bunu çok daha ileri götürmeyi hedefliyorlar.
Fuchs, "Buradan itibaren, her iki tarafta da kuantum dünyasına ulaşana kadar bu tekniği kullanarak kaynağı ölçeklendirmeye başlayacağız" diyor. "Kuantum kütleçekimini anlayarak, evrenimizin nasıl başladığı, kara deliklerin içinde neler olduğu ya da tüm kuvvetleri tek bir büyük teoride birleştirmek gibi bazı gizemlerini çözebiliriz."
Her zaman yapılacak daha çok şey olacak – ama şimdi cevaplar sadece bir kuantum sıçraması kadar uzaktaymış gibi hissetmeye başlıyoruz.
