Forscher haben eine Methode zur Messung der Schwerkraft auf mikroskopischer Ebene entwickelt, was einen großen Fortschritt beim Verständnis der Quantengravitation darstellt. Bildnachweis: SciTechDaily.com
Physikern ist es gelungen, die Schwerkraft in der Quantenwelt zu messen und die schwache Anziehungskraft eines kleinen Teilchens mithilfe einer neuen Technik zu entdecken, bei der schwebende Magnete zum Einsatz kommen. Dies bringt Wissenschaftler der Lösung der Geheimnisse des Universums näher.
Wissenschaftler sind der Entschlüsselung der mysteriösen Kräfte des Universums einen Schritt näher gekommen, nachdem sie herausgefunden haben, wie man die Schwerkraft auf mikroskopischer Ebene messen kann.
Experten haben nie vollständig verstanden, wie die von Isaac Newton entdeckte Kraft im winzigen Quantenbereich funktioniert.
Sogar Einstein war von der Quantengravitation verwirrt und sagte in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, dass kein realistisches Experiment eine Quantenversion der Schwerkraft zeigen könne.
Ein Durchbruch in der Quantengravitation
Physikern der Universität Southampton ist es jedoch in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern in Europa gelungen, mithilfe einer neuen Technik eine schwache Anziehungskraft auf ein kleines Teilchen nachzuweisen.
Sie behaupten, dass dies den Weg zur Entdeckung der schwer fassbaren Theorie der Quantengravitation ebnen könnte.
Erfahrung veröffentlicht in Fortschritt der Wissenschaft nutzte Hochleistungsmagnete, um die Schwerkraft mikroskopischer Partikel zu erkennen – klein genug, um den Quantenbereich herauszufordern.
Künstlerische Darstellung des Quantenexperiments. Bildnachweis: University of Southampton
Wegweisende Schwerkraftforschung
Der Hauptautor Tim Fox von der University of Southampton sagte, die Ergebnisse könnten Experten dabei helfen, das fehlende Puzzleteil in unserem Bild der Realität zu finden.
Er fügte hinzu: „Seit einem Jahrhundert versuchen Wissenschaftler, zu verstehen, wie Schwerkraft und Quantenmechanik zusammenarbeiten, und scheitern daran.
„Es ist uns nun gelungen, Gravitationssignale bei der kleinsten jemals aufgezeichneten Masse zu messen, was bedeutet, dass wir dem Verständnis, wie die Schwerkraft zusammenwirkt, einen Schritt näher gekommen sind.
„Von hier aus werden wir mit dieser Technik beginnen, die Größe der Quelle zu reduzieren, bis wir auf beiden Seiten die Quantenwelt erreichen.
„Durch das Verständnis der Quantengravitation können wir einige der Rätsel unseres Universums lösen – etwa wie es begann, was im Inneren Schwarzer Löcher passiert oder alle Kräfte in einer großen Theorie vereinen.“
Die Regeln der Quantenwelt sind von der Wissenschaft immer noch nicht vollständig verstanden, aber man geht davon aus, dass Teilchen und Kräfte auf mikroskopischer Ebene anders interagieren als bei Objekten normaler Größe.
Wissenschaftler aus Southampton führten das Experiment mit Wissenschaftlern der Universität Leiden in den Niederlanden und des Instituts für Photonik und Nanotechnologie in Italien durch, finanziert durch ein EU-Stipendium Horizon Europe EIC Pathfinder (QuCoM).
Ihre Studie nutzte einen ausgeklügelten Aufbau mit supraleitenden Geräten, sogenannten Fallen, mit Magnetfeldern, empfindlichen Detektoren und fortschrittlicher Schwingungsisolierung.
Eine schwache Zugkraft, nur 30 Ampere, wurde an einem Partikel mit einer Größe von nur 0,43 mg gemessen, indem es bei Gefriertemperaturen von bis zu einem Hundertstel Grad darüber gehalten wurde. Absoluter Nullpunkt – Ungefähr -273 Grad Celsius.
Den Horizont der Quantenforschung erweitern
Der Physikprofessor Hendrik Ulbricht, ebenfalls an der University of Southampton, sagte, die Ergebnisse öffneten die Tür für zukünftige Experimente mit kleineren Objekten und Kräften.
Er fügte hinzu: „Wir verschieben die Grenzen der Wissenschaft, die zu neuen Entdeckungen über die Schwerkraft und die Quantenwelt führen könnten.“
„Unsere neue Technologie, die kryogene Temperaturen und Geräte zur Isolierung von Teilchenvibrationen nutzt, dürfte sich als zukunftsweisend für die Messung der Quantengravitation erweisen.
„Die Aufklärung dieser Geheimnisse wird uns helfen, weitere Geheimnisse über die Struktur des Universums aufzudecken, von den kleinsten Teilchen bis zu den größten kosmischen Strukturen.“
Referenz: „Messung der Schwerkraft mit angehobenen Massen in Milligramm“ von Tim M. Fox und Dennis J. Uytenbroek, Jimmy Plug, Noud van Halteren, Jean-Paul van Soest, Andrea Venanti, Hendrik Ulbricht und Tjerk H. Osterkamp, 23. Februar 2024, Fortschritt der Wissenschaft.
doi: 10.1126/sciadv.adk2949
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