Благодаря высокоточным измерениям удалось определить гравитацию на расстояниях до 50 микрометров и не выявить признаков искривления пространства-времени.
Известно, что сила притяжения между массивными телами уменьшается пропорционально квадрату расстояния между ними, что было установлено еще во времена Ньютона. Эта закономерность обусловлена геометрией трехмерного пространства. Однако современные космологические теории часто предполагают существование дополнительных измерений во Вселенной, которые свернуты и компактифицированы, проявляясь лишь на очень малых масштабах.
Если свернутые измерения действительно существуют, то сила гравитации не должна изменяться в строгой зависимости от обратного квадрата расстояния. На космических масштабах и даже в обычных, повседневных условиях это изменение незаметно. Для выявления «утечки» гравитационной энергии в дополнительные измерения необходимы сверхточные эксперименты, проводимые в тщательно контролируемых лабораторных условиях.
Работу выполнили специалисты из Вашингтонского университета под руководством профессора Эрика Эдельбергера, известного эксперта в области экспериментальных гравитационных исследований статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Для точного измерения силы притяжения ученые отслеживали вращение быстро вращающегося диска («детектора»), подвергающегося воздействию периодически изменяющейся гравитационной силы.
Другой диск («аттрактор»), расположенный рядом и вращавшийся в той же плоскости, создавал эту силу. На его поверхности были сделаны бороздки, которые при вращении с определенной скоростью периодически выравнивались, из-за чего диски располагались то немного ближе, то чуть дальше. Точные изменения в силе притяжения фиксировались по ее воздействию на вращение «детектора».
Усовершенствование экспериментальной установки продолжалось несколько лет. В обновленной версии ученые добавили дополнительную стабилизацию для защиты от внешних вибраций. Также система была помещена под электростатический «щит», который защищает ее от внешних электромагнитных полей, способных повлиять на работу дисков и исказить результаты измерений. Помимо этого, геометрия бороздок была подобрана для проведения измерений в трех режимах вращения, что позволяет исключить возможные систематические ошибки.
Благодаря этой работе стало возможным точное измерение гравитации на расстоянии менее 50 микрометров, при этом не было выявлено никаких отклонений в измерениях. На таком уровне гравитация подчиняется закону обратных квадратов, аналогично тому, как это наблюдается при изучении небесных тел. В дальнейшем физикам необходимо продолжить исследования, переходя к еще меньшим расстояниям и добиваясь большей точности наблюдений.