Точные измерения силы притяжения между предметами массой 0,09 грамма подтвердили действие закона Ньютона на таком малом уровне.
С момента открытий Исаака Ньютона известно: сила притяжения между двумя объектами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Общая теория относительности начала XX века, которая рассматривает гравитацию как геометрические деформации пространства-времени, точнее описывает поведение массивных тел на астрономических масштабах. Как же ведёт себя гравитация на противоположной стороне шкалы, на уровне элементарных частиц — неизвестно.
Даже проверки формул Ньютона проводят обычно с объектами массой порядка килограммов и граммов: их гравитация настолько мала, что измерить ее очень трудно. Недавно команде Тобиаса Вестфаля из Австрийской академии наук удалось провести такую работу для золотых сфер массой всего 90 миллиграммов, зарегистрировав гравитационную силу рекордно малой величины. Об этом ученые пишут в… статье, опубликованной в журнале Nature.
В основе экспериментов — схемаГенри Кавендиш изобрел способ измерения гравитационных взаимодействий между предметами в своей лаборатории. Для этого он прикрепил к концу деревянного коромысла, подвешенного за нить, свинцовый шар и уравновесил его другим таким же шаром. Медленно подвозя тестовый груз к более ма massiveму шара, Кавендиш наблюдал вращение коромысла из-за притяжения. Регистрируя это вращение нити, можно было точно оценить величину силы притяжения между массами.
Тобиас Вестфаль вместе с коллегами провёл подобный эксперимент. В качестве тестовых грузов использовались золотые сферы массой 90 миллиграмм, закреплённые на миниатюрном стеклянном коромысле и подвешенные на тончайшей кремниевой нити. Отклонение коромысла регистрировалось по повороту установленного на нём зеркальца, освещаемого лазерным лучом. В связи с такой точностью проведения экспериментов потребовалось глубокий вакуум и экранирование электромагнитных полей с помощью… клетки Фарадея.
Долговременные исследования подтвердили работоспособность формулы Ньютона даже при работе с массами в миллиграммы. Ученые, рассчитав гравитационную постоянную (G) по результатам своих измерений, установили, что она отклоняется на девять процентов от стандартногоПолученные результаты важны тем, что авторы показали возможность проведения таких измерений, которые позволяют регистрировать очень слабые силы гравитации. В будущем подобные измерения могут помочь в понимании работы гравитации даже на уровне элементарных частиц.