Благодаря точным измерениям удалось определить силу притяжения между объектами массой 0,09 грамма, что подтверждает справедливость закона Ньютона и в таких малых масштабах.
Сформулированная Исааком Ньютоном в свое время, закономерность, согласно которой сила гравитационного притяжения между двумя объектами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, остаётся актуальной. Общая теория относительности, разработанная в начале XX века и рассматривающая гравитацию как геометрические искажения пространства-времени, обеспечивает более точное описание поведения массивных тел в астрономических масштабах. Однако, как проявляется гравитация на микроуровне, в области элементарных частиц, остается неизученным вопросом.
Проверки, основанные на ньютоновских формулах, обычно выполняют с объектами, имеющими массу в пределах килограммов или граммов. Их гравитационное притяжение настолько слабое, что его измерение представляет собой сложную задачу. Тем не менее, группе исследователей под руководством Тобиаса Вестфаля из Австрийской академии наук удалось провести подобное исследование для золотых сфер массой всего 90 миллиграммов, зафиксировав гравитационную силу, которая оказалась самой малой из когда-либо зарегистрированных. Об этом ученые сообщают в статье, опубликованной в журнале Nature.
В основе экспериментов — схема, изначально разработанный Генри Кавендишем, этот метод позволил впервые определить гравитационные взаимодействия между объектами в лабораторных условиях. Для проведения измерений Кавендиш закрепил свинцовый шар, выступавший в роли тестовой массы, на деревянном коромысле, подвешенном на нити, и уравновесил его вторым, идентичным шаром. Затем, более массивный шар постепенно сближали с тестовым грузом, и возникающее притяжение вызывало небольшое вращение коромысла. Фиксируя закручивание нити, можно было с высокой точностью оценить величину вращения и вычислить силу притяжения между массами.
Аналогичный эксперимент был проведен Тобиасом Вестфалем и его командой. В качестве тестовых грузов использовались золотые сферы, масса которых составляла всего 90 миллиграммов. Они были закреплены на миниатюрном стеклянном коромысле, подвешенном на тончайшей кремниевой нити. Отклонение коромысла фиксировалось по повороту зеркальца, установленного на нем и освещенного лазерным лучом. И, конечно, работая на таком уровне точности, ученым пришлось проводить эксперименты в глубоком вакууме и тщательно экранировать электромагнитные поля с помощью клетки Фарадея.
Точные измерения подтвердили, что формула Ньютона применима даже при работе с объектами, имеющими массу всего в несколько миллиграммов. Выполнив расчет гравитационной постоянной (G) на основе полученных данных, исследователи продемонстрировали, что ее значение отличается от стандартного принятого значения. Но главное — авторы продемонстрировали, что такие измерения в принципе возможны и позволяют регистрировать сверхмалые силы гравитации. Быть может, когда-нибудь они помогут понять их работу и на уровне элементарных частиц.