Kuantum Arayışında Şimdiye Kadarki En Küçük Yerçekimi Ölçümü Yapıldı
Bilim insanları, çok daha küçülme potansiyeline sahip olduğunu düşündükleri bir teknik kullanarak en küçük yerçekimi ölçümleri rekorunu kırdılar. Aslında o kadar küçük ki, yerçekiminin kuantize olup olmadığını ve eğer öyleyse, genel görelilik ve kuantum mekaniğinin nasıl uzlaştırıldığını belirlememize yardımcı olabilir.
Yirminci yüzyılın başlarındaki en büyük keşiflerden biri, enerjinin sürekli olmadığı, bunun yerine kuanta olarak bilinen küçük paketler halinde var olduğudur. Kendi başına çarpıcı olan bu keşif, başka şeylerin de kuantize olduğunu gösteren çok sayıda takipçiye yol açtı. Ancak bunun nereye kadar uzandığı konusunda belirsizlik sürüyor: örneğin zaman ve kütleçekimi de henüz bulamadığımız kadar küçük paketler halinde mi var?
Kuantize yerçekiminin varlığının, kuantum mekaniği ile yerçekimini temsil eden en iyi teorimiz olan genel görelilik arasındaki bariz uyumsuzluğu çözmenin anahtarı olduğu düşünülmektedir. Ancak onlarca yıldır süren araştırmalar bu kuantizasyona dair kanıt bulmayı ya da genel olarak kabul edilebilir bir standartta nasıl çalışacağını teorik olarak açıklamayı başaramadı. Yeni deneyler bizi bu hedefe daha da yaklaştırıyor.
Daha önce Leiden Üniversitesi’nde ve şimdi Southampton Üniversitesi’nde görev yapan Dr. Tim Fuchs, mutlak sıfırın onda biri olan -273,14°C’ye soğutulduğunda yerçekiminin 0,43 miligram (0,000015 ons) ağırlığındaki bir parçacık üzerindeki etkilerini ölçmek için havada duran bir mıknatıs kullanan bir ekibe liderlik etti.
Aşırı soğuk koşullar parçacığın titreşimini en aza indirerek ekibin parçacık üzerinde sadece 30 attonewtonluk (3*10-17 N, ya da çarpma için hecelemek gerekirse 0.00000000000000003 N) bir yerçekimi ölçmesine olanak tanıyor. Bu hala, eğer varsa, yerçekimi kuantumunun olası boyutundan daha büyüktür. Ancak Fuchs, aynı tekniğin, yerçekiminin herhangi bir kuvvete sahip olup olmadığını veya ayrık sıçramalarla sınırlı olup olmadığını bulana kadar daha da küçülebileceğini savunuyor. Bu yaklaşım, Robert Millikan tarafından elektron üzerindeki yükü ilk kez ölçmek için kullanılan ve bir yağ damlacığı üzerindeki toplam yükün her zaman belirli bir sayının katı olduğunu gösteren yaklaşıma benziyor.
Kullanılan “parçacık” küçük olsa da, deneyim alanımız içindedir – bir kum veya şeker tanesi için doğru mertebedir. Kuvvet çok daha küçüktür, tüm Dünya’nın çekimi ile değil, sadece 1 kilogram (2,2 pound) ağırlığındaki bloklar tarafından üretilir. Bir çark ağırlıkları, parçacık üzerindeki etkilerinin farklı mesafelerde ölçülebilmesi için ayarladı.
Fuchs yaptığı açıklamada, “Bir asır boyunca bilim insanları yerçekimi ve kuantum mekaniğinin birlikte nasıl çalıştığını anlamaya çalıştılar ve başaramadılar” dedi. “Şimdi şimdiye kadar kaydedilmiş en küçük kütlede yerçekimi sinyallerini başarıyla ölçtük, bu da nihayet birlikte nasıl çalıştığını anlamaya bir adım daha yaklaştığımız anlamına geliyor.”
Fuchs sözlerine şöyle devam etti: “Buradan itibaren, her iki tarafta da kuantum dünyasına ulaşana kadar bu tekniği kullanarak kaynağı ölçeklendirmeye başlayacağız.” “Kuantum yerçekimini anlayarak evrenimizin nasıl başladığı, kara deliklerin içinde neler olduğu ve tüm kuvvetleri tek bir büyük teoride birleştirmek gibi bazı gizemlerini çözebiliriz.”
Bunun gerçekleşmesi için kuantum yerçekiminin gerçek olması gerekiyor ki bazı fizikçiler bundan şüphe duyuyor. Fuchs’un çalışması daha küçük kuvvetlerde kuantizasyona dair bir işaret bulamazsa, bu sesler daha da yükselecektir.
Fikir basit gibi görünse de, yerçekimi çok zayıf olduğu için mikroskobik ölçeklerde ölçülmesi çok zordur. Bizi bırakmayan bir gezegenin ağırlığı altında ezilen bizler için öyle hissetmeyebiliriz. Ancak çok küçüklerin dünyasında, yerçekimi diğer üç kuvvetin gücü tarafından tamamen ezilir ve deneylerin buna izin verecek yollar bulması gerekir.
Ekip bu işi yapabilmek için gelişmiş süper iletken tuzaklara, hassas manyetik alanlara ve titreşimlerden korunmuş hassas dedektörlere ihtiyaç duydu. Araştırmanın eş yazarı Profesör Hendrik Ulbricht “Bilimin sınırlarını zorluyoruz” dedi. “Bu gizemleri çözmek, en küçük parçacıklardan en büyük kozmik yapılara kadar evrenin dokusu hakkında daha fazla sırrı açığa çıkarmamıza yardımcı olacak.”
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber