भौतिकविदों ने अब तक दर्ज किए गए सबसे छोटे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को मापा है, एक प्रयोग में जो भौतिकी के एकीकृत सिद्धांत की खोज में मदद कर सकता है।
भौतिकी के लिए जानी जाने वाली चार मूलभूत शक्तियों में से – कमजोर और मजबूत परस्पर क्रिया, विद्युत चुम्बकीय बल और गुरुत्वाकर्षण बल – केवल गुरुत्वाकर्षण मानक मॉडल नामक भौतिकी की प्लेबुक में बिना किसी बाधा के रहता है, जो बताता है कि उप-सूक्ष्म कणों का चिड़ियाघर कैसे व्यवहार करता है। इसके बजाय गुरुत्वाकर्षण द्वारा वर्णित है आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत, लेकिन जैसे ही यह क्वांटम पैमाने पर टूटता है, ब्रह्मांड की हमारी सबसे अच्छी तस्वीर दो में विभाजित हो जाती है।
परिणामस्वरूप, भौतिकी अभी भी यह वर्णन नहीं कर सकती है कि गुरुत्वाकर्षण उपपरमाण्विक तराजू पर कैसे काम करता है, भौतिकविदों को अपने सिर को खरोंचने के लिए छोड़कर जब यह ब्लैक होल के केंद्रों में निहित विलक्षणताओं को समझने की बात आती है, या गुरुत्वाकर्षण सभी की तुलना में बहुत कमजोर क्यों है अन्य बलों।
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लेकिन एक नया प्रयोग जिसने दो छोटे सोने के गोले के बीच मिनीस्कुलर गुरुत्वीय आकर्षण को मापा, प्रत्येक को केवल 2 मिलीमीटर के बीच फैले हुए, इन पैमानों पर गुरुत्वाकर्षण कैसे संचालित होता है, इसका सुराग देने के लिए कई हो सकते हैं।
“यह एक बहुत छोटे त्वरण को मापने में सक्षम सेंसर बनाने के लिए और हमें छोटे गुरुत्वाकर्षण बल का पता लगाने की अनुमति देने वाले तरीकों को स्थापित करने के लिए एक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रयोग था,” विश्वविद्यालय के एक डॉक्टरेट के छात्र सह-लेखक जेरेमीस पफफ का अध्ययन करें। वियना, लाइव साइंस को बताया। “लंबे समय तक, हम जवाब देना चाहते हैं कि सुपरपोज़िशन में क्वांटम ऑब्जेक्ट का गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र कैसा दिखता है, लेकिन वहां रास्ते में बहुत कुछ किया जाना है,” पफाफ ने कहा, एक उप-परमाणु द्वारा अनुभवी गुरुत्वाकर्षण का जिक्र कण जो एक साथ दो क्वांटम अवस्था में होता है।
छोटे पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण कैसे काम करता है, इस पर एक नज़र डालने के लिए, शोधकर्ताओं ने मरोड़ संतुलन के एक छोटे संस्करण का उपयोग किया – एक उपकरण जिसे पहली बार अंग्रेजी वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश ने 1798 में घनत्व को मापने के लिए तैयार किया था। धरती, और इससे गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक की ताकत को G कहते हैं।
एक मरोड़ संतुलन एक क्षैतिज पट्टी है जिसके केंद्र से दो द्रव्यमान वाले एक तार को निलंबित कर दिया जाता है, इस मामले में सोने के गोले, प्रत्येक छोर से जुड़े होते हैं। इसका मतलब है कि अगर एक छोटे बल बार के क्षैतिज अक्ष के साथ लागू किया जाता है, तार मुड़ जाएगा और वैज्ञानिकों ने कितनी बार घुमाया है, इसके आधार पर लागू बल को माप सकते हैं। बार के अंत में संलग्न लोगों में से एक के साथ एक तीसरा स्वर्ण क्षेत्र को निकटता में लाकर, शोधकर्ता इसके और संलग्न क्षेत्र के बीच गुरुत्वाकर्षण बल को मापने में सक्षम थे।
शोधकर्ता जिस बल की तलाश में थे वह छोटा था। लगभग 9 × 10 ^ शून्य से 14 न्यूटन, यह एक तिहाई का बल होगा मानव रक्त कोशिका पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में अनुभव होगा। इसलिए प्रयोग अविश्वसनीय रूप से संवेदनशील होने की जरूरत है, और शोधकर्ताओं को बाहर के शोर के जोखिम को कम करना था, यह सुनिश्चित करें कि तंत्र पर कोई आवारा आरोप नहीं लगाया गया है, और वांछित संकेत को प्राप्त करने का एक तरीका खोजा गया है।
“शहरी वातावरण भी आदर्श से बहुत दूर है,” पीएएफएफ़ ने कहा। “यह देखना आश्चर्यजनक था कि हम न केवल छोटे भूकंपों के प्रति संवेदनशील हैं, बल्कि स्थानीय ट्राम और एकल बसों के लिए भी। हम अपने आंकड़ों में वियना शहर की मैराथन को देखने में सक्षम थे।”
वे निर्वात में रखने से पहले आयनित नाइट्रोजन के साथ तंत्र के आसपास के क्षेत्र में बाढ़ से किसी भी आवारा आरोपों से छुटकारा पा गए। उन्होंने छोटे गुरुत्वाकर्षण संकेत भी बनाए जो वे दो क्षेत्रों को करीब-करीब और आगे-आगे-धीरे-धीरे घुमाकर स्टैंड आउट की खोज कर रहे थे।
उसी तरह से कि एक निमिष प्रकाश निरंतर एक से अधिक ध्यान देने योग्य है, गोले के बीच बढ़ती और सिकुड़ते गुरुत्वाकर्षण बल से बहुत आसान था अगर वे स्थिर थे। इसने शोधकर्ताओं को दो क्षेत्रों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल की ताकत का पता लगाने की अनुमति दी, और गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक के लिए अपने स्वयं के माप को भी खोजा।
अब तक, जिस पैमाने पर वे माप रहे थे, गुरुत्वाकर्षण ने उसी अनुमान के नियमों का पालन किया जो इसे बड़े पैमाने पर करता है। भौतिक विज्ञानी अब अपने प्रयोग को और अधिक संवेदनशील बनाने की उम्मीद कर रहे हैं ताकि वे कम से कम 1,000 बार हल्के और कम दूरी पर द्रव्यमान से छोटे संकेतों को उठा सकें। यह एक सिद्धांत को महत्वपूर्ण सुराग प्रदान कर सकता है जो छोटे और बड़े दोनों पैमानों पर गुरुत्वाकर्षण की व्याख्या करता है, साथ ही साथ अन्य रहस्यों में अंतर्दृष्टि जैसे कि डार्क मैटर, अस्तित्व का एक रहस्यमय रूप जो प्रकाश का उत्सर्जन नहीं करता है अभी तक गुरुत्वाकर्षण खींचता है।
छोटे पैमानों पर, शोधकर्ता पूरी तरह से नए तरीकों का पता लगाना शुरू कर सकते हैं जो गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से बातचीत करते हैं – वे तरीके जो क्वांटम दुनिया के बहुत अधिक विचित्र नियमों का पालन करते हैं। यदि वे करते हैं, तो भौतिकी अंततः ब्रह्मांड के हमारे बड़े और छोटे चित्रों के बीच अंतर को पाटना शुरू कर सकती है।
“इस मायावी बल पर हमारे ज्ञान का विस्तार करने से हमें अपनी भौतिक वास्तविकता की अधिक मौलिक समझ पाने के लिए संकेत इकट्ठा करने में मदद मिल सकती है,” पफैफ ने कहा।
मूल रूप से लाइव साइंस पर प्रकाशित।