Potrivit legendei, Galileo a aruncat greutăți de pe Turnul înclinat din Pisa, arătând că gravitația face ca obiectele de mase diferite să cadă cu aceeași accelerație. În ultimii ani, cercetătorii au început să reproducă acest test într-un mod pe care omul de știință italian probabil nu l-a imaginat niciodată – prin scăparea de atomi.
Un nou studiu descrie cel mai sensibil test de cădere de atom de până acum și arată că experimentul gravitațional al lui Galileo încă rezistă – chiar și pentru atomi individuali. Două tipuri diferite de atomi au avut aceeași accelerație în aproximativ o parte per trilion sau 0,0000000001 la sută, raportează fizicienii într-un articol publicat în presă. Scrisori de revizuire fizică.
În comparație cu un test anterior de cădere de atom, noua cercetare este de o mie de ori mai sensibilă. „Reprezintă un salt înainte”, spune fizicianul Guglielmo Tino de la Universitatea din Florența, care nu a fost implicat în noul studiu.
Cercetătorii au comparat atomi de rubidiu ai doi izotopi diferiți, atomi care conțin un număr diferit de neutroni în nucleele lor. Echipa a lansat nori din acești atomi de aproximativ 8,6 metri înălțime într-un tub sub vid. Pe măsură ce atomii au crescut și au scăzut, ambele soiuri au accelerat în esență în același ritm, au descoperit cercetătorii.
Confirmând încă o dată experimentul gravitațional al lui Galileo, rezultatul susține principiul echivalenței, un fundament al teoriei gravitației lui Albert Einstein, relativitatea generală. Acest principiu afirmă că masa inerțială a unui obiect, care determină cât de mult accelerează atunci când este aplicată forța, este echivalentă cu masa sa gravitațională, care determină cât de puternică o simte o forță gravitațională. Rezultatul: accelerația unui obiect sub gravitație nu depinde de masa sau compoziția sa.
Până acum, principiul echivalenței a rezistat tuturor testelor. Dar atomii, care sunt supuși legilor ciudate ale mecanicii cuantice, ar putea dezvălui punctele sale slabe. „Când faci testul cu atomi… testezi principiul echivalenței și îl accentuezi în moduri noi”, spune fizicianul Mark Kasevich de la Universitatea Stanford.
Kasevich și colegii săi au studiat particulele minuscule folosind interferometria atomică, care profită de mecanica cuantică pentru a face măsurători extrem de precise. În timpul zborului atomilor, oamenii de știință au pus atomii într-o stare numită suprapunere cuantică, în care particulele nu au o singură locație definită. În schimb, fiecare atom a existat într-o suprapunere a două locații, separate de până la șapte centimetri. Când cele două locații ale atomilor au fost readuse împreună, atomii au interferat cu ei înșiși într-un mod care a dezvăluit precis accelerația lor relativă.
Mulți oameni de știință cred că principiul echivalenței va scădea în cele din urmă. „Avem așteptări rezonabile că teoriile noastre actuale… nu sunt sfârșitul poveștii”, spune fizicianul Magdalena Zych de la Universitatea Queensland din Brisbane, Australia, care nu a fost implicată în cercetare. Asta pentru că mecanica cuantică – ramura fizicii care descrie fizica contraintuitivă a celor foarte mici – nu se potrivește bine cu relativitatea generală, conducând oamenii de știință în căutarea unei teorii a gravitației cuantice care ar putea uni aceste idei. Mulți oameni de știință bănuiesc că noua teorie va încălca principiul echivalenței cu o sumă prea mică pentru a fi detectată cu testele efectuate până acum.
Dar fizicienii speră să îmbunătățească astfel de teste bazate pe atom în viitor, de exemplu, efectuându-le în spațiu, unde obiectele pot cădea liber pentru perioade lungi de timp. Un test de principiu de echivalență în spațiu a fost deja efectuat cu cilindri metalici, dar nu încă cu atomi (SN: 12/4/17).
Deci mai există o șansă de a-i dovedi că Galileo se înșeală.