'Big G': Gli Scienziati Fissano La Costante Gravitazionale Elusiva

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Un nuovo metodo per misurare la costante gravitazionale potrebbe aiutare a trovare la prova di ulteriori dimensioni spazio-temporali.

Una costante fondamentale che stabilisce la dimensione della forza gravitazionale tra tutti gli oggetti è stata infine bloccata usando il comportamento quantistico bizzarro di piccoli atomi.

I nuovi risultati potrebbero aiutare a stabilire il valore ufficiale della costante gravitazionale, e potrebbero persino aiutare gli scienziati a trovare prove di ulteriori dimensioni spazio-temporali, ha detto il coautore dello studio Guglielmo Tino, un fisico atomico dell'Università di Firenze in Italia. [Twisted Physics: 7 risultati di Mind-Blowing]

Valore elusivo

Secondo la leggenda, Sir Isaac Newton per primo ha formulato la sua teoria della gravità dopo aver visto una mela caduta. Nelle equazioni di Newton, la forza di gravità cresce con la massa di due oggetti in questione, e la forza si indebolisce più gli oggetti sono distanti l'uno dall'altro. I poliziotti inglesi sapevano che le masse degli oggetti dovevano essere moltiplicate per una costante, o "grande G", per arrivare alla forza gravitazionale tra quei due oggetti, ma non era in grado di calcolarne il valore. ("Grande G" è diverso da "piccola g", che è l'accelerazione gravitazionale locale sulla Terra).

Nel 1798, lo scienziato Henry Cavendish calcolò la grande G per determinare la massa della Terra. Per fare ciò, Cavendish sospese i manubri su un filo, con enormi sfere di piombo posizionate a distanze diverse nelle vicinanze, e quindi misurò quanto i manubri ruotavano in risposta all'attrattiva forza di gravità del manubrio vicino. [6 Curiosità sulla gravità]

Da allora, quasi tutti i tentativi di misurare la grande G hanno utilizzato alcune varianti del metodo di Cavendish. Molti di quegli esperimenti avevano valori abbastanza precisi - che non erano d'accordo l'uno con l'altro. Questo perché era troppo difficile identificare tutte le potenziali fonti di errore nei complicati sistemi utilizzati, ha detto Holger Müller, un fisico atomico dell'Università della California, Berkeley, che non è stato coinvolto nel nuovo studio.

"La forza gravitazionale è semplicemente minuscola, quindi qualsiasi cosa, dalle correnti d'aria alle cariche elettriche, può darti un risultato falso", ha detto Müller a WordsSideKick.com.

Di conseguenza, la grande G è nota con molta meno precisione di altre costanti fondamentali, come la velocità della luce o la massa di un elettrone, ha detto Tino a WordsSideKick.com.

Stai calmo

I grandi sistemi non sembravano funzionare, quindi i ricercatori hanno deciso di andare molto piccoli.

Il team ha raffreddato gli atomi di rubidio appena sopra la temperatura dello zero assoluto (meno 459,67 gradi Fahrenheit, o meno 273,15 gradi Celsius), dove gli atomi si muovono appena. I ricercatori hanno quindi lanciato gli atomi verso l'alto all'interno di un tubo a vuoto e li hanno fatti cadere, in quella che viene chiamata una fontana atomica.

Hanno anche collocato diverse centinaia di chili di tungsteno nelle vicinanze.

Per vedere come il tungsteno ha distorto il campo gravitazionale, si sono rivolti alla meccanica quantistica, le bizzarre regole che governano le particelle subatomiche. A piccole scale, particelle come gli atomi possono anche comportarsi come onde - il che significa che possono prendere due percorsi diversi allo stesso tempo. Così la squadra ha diviso i percorsi che gli atomi di rubidio hanno preso mentre cadevano, e quindi ha usato un dispositivo chiamato interferometro atomico per misurare come le forme d'onda di quei percorsi si sono spostate. Lo spostamento dei picchi e delle valli dei percorsi quando si ricombinavano era il risultato dell'attrazione gravitazionale delle masse di tungsteno.

La nuova misurazione di G - 6,67191 (99) X 10 ^ -11 metri cubi / chilogrammi secondi ^ 2 - non è precisa come le misure migliori, ma poiché usa singoli atomi, gli scienziati possono essere più sicuri che i risultati non siano Tino ha detto a WordsSideKick.com distorto da errori nascosti che sventano le configurazioni più complicate degli esperimenti passati.

Il risultato è impressionante, ha detto Müller.

"Pensavo che questo esperimento sarebbe stato quasi impossibile, perché l'influenza di quelle masse [sulla forza di attrazione gravitazionale] è solo molto piccola", ha detto Müller a WordsSideKick.com. "È davvero una grande svolta."

Nuovo valore

Il nuovo esperimento fa sperare che le misurazioni future possano finalmente accontentarsi di un valore più preciso per il grande G.

I risultati potrebbero anche aiutare gli scienziati a scoprire se qualcosa di più bizzarro è in gioco. Alcune teorie suggeriscono che le dimensioni extra potrebbero deformare i campi gravitazionali nel nostro mondo a quattro dimensioni. Queste distorsioni sarebbero probabilmente molto sottili e si noterebbero solo a distanze molto ridotte. In effetti, altri hanno suggerito che i diversi risultati ottenuti dagli altri laboratori sono stati causati da questa intrusione extradimensionale, ha affermato Tino.

Sopprimendo gli errori metodologici, la nuova tecnica potrebbe essere utilizzata per trovare prove di dimensioni extra, ha detto.

Il nuovo valore di G è stato pubblicato oggi (18 giugno) sulla rivista Nature.

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