自由落體原子為引力強度測試提供新方法

新技術有望更清晰地觀察最弱的力

加入我們的科學愛好者社群!

一項新技術可能使研究人員能夠更精確地掌握引力的內在強度,引力與其他力相比非常微弱,以至於其特徵很容易在實驗室中被淹沒。物理學家們製造了一種感測器,可以將原子踢入自由落體狀態,從而探測到微妙的量子變化,這些變化可以精確地揭示引力的強度,即G

科羅拉多大學的實驗物理學家詹姆斯·法勒(James Faller)表示,儘管近年來,這類實驗已成為一種流行趨勢,用於檢驗那些假設引力洩漏到未被看見的巨大額外空間維度的理論,但測量G的真正價值可能更為平淡。法勒說:“這有點像是測量科學的智力俯臥撐。” 他說,透過學習探測引力,物理學家們可能會更好地測量其他具有更大科學或技術價值的效果。

斯坦福大學的新報告的主要作者馬克·卡塞維奇(Mark Kasevich)說,新的測量方法仍然比其他一些測量引力強度的方法(例如用細纖維懸掛質量)精確度低約100倍。但是研究人員表示,如果他們能夠提高其精度,那麼這項測試就可以增加其他方法結果的可靠性,可以這麼說。“如果你開始得到與[其他小組]相同的答案,那麼你就會有種感覺,你開始比以前更好地理解自然。”


關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。


任何兩個物體之間都會相互施加引力,這取決於它們的質量、它們之間的距離以及所謂的引力常數G。如果G發生任何變化,那就意味著引力的強度發生了變化,但到目前為止,無論物體之間的距離如何,該常數都已被證明是堅定不移的。

為了獲得對G的新認識,卡塞維奇和他的同事使用了一種稱為原子干涉法的技術。他們將超冷銫原子蒸氣放置在540公斤鉛堆下方的真空室中,鉛堆施加了強大的引力,然後用雷射束照射蒸氣。受雷射束的衝擊,原子向上飛起,然後像噴泉一樣落回。

研究小組調整了雷射,使其也將原子置於量子態或疊加態,從而使噴泉同時達到兩個不同的高度。這兩個高度之間的精確差異取決於作用在原子上的引力強度。

研究人員無法直接測量這種差異——事實上,如果測量了,由於量子怪異性,它將不復存在。但是他們可以利用這樣一個事實,即兩條軌跡上的原子會相互干涉,就像光波或聲波一樣。

當原子完成下降時,該小組測量了它們處於兩種狀態之一的機率,而這——至關重要的是——取決於它們經歷的干涉量。

為了控制各種誤差來源,例如地球引力和房間內的振動,他們在另一個放置在鉛堆質量上方的真空室中進行了同步測量,並在測試之間上下移動鉛堆。

該小組在本週的《科學》雜誌上報告說,由此產生的G值應該精確到百分之幾十分之一以內。

© .