W każdej skali innej niż kosmologiczna, przestrzenią dominują teoria grawitacji. Z tego też powodu poszukując odpowiedzi na pytanie o naturę ciemnej energii, naukowcy szukają wszelkich możliwych odchyleń od przewidywań teorii grawitacji. Każde takie odchylenie mogłoby bowiem dawać nadzieję na to, że udało nam się znaleźć pierwszy punkt zaczepienia, którego analiza mogłaby nas doprowadzić do wiedzy o naturze ciemnej energii.
W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Nature Physics zespół badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opisał fascynujący eksperyment, w którym poszukiwano odchyleń od teorii grawitacji w skali atomowej. Gdyby udało się coś takiego zaobserwować, można byłoby założyć, że wskazuje to na istnienie teoretycznej cząstki, symetronu.
W ramach eksperymentu przeprowadzonego za pomocą interferometru atomowego, fizycy unieruchomili na siatkę optycznej swobodnie spadające atomy na kilka sekund, sprawdzając w ten sposób wpływ grawitacji na atomy.
Można tutaj spytać o wyniki eksperymentu. Jak na razie nie udało się zidentyfikować żadnych odchyleń od teorii grawitacji. To jednak dopiero początek badań, bowiem naukowcy w najbliższym czasie planują poprawić precyzję pomiarową eksperymentu. Możliwe zatem, że po udoskonaleniu aparatu uda się dostrzec coś nietypowego.
Naukowcy zwracają tutaj także uwagę na jeszcze jeden istotny fakt. Interferometry atomowe są w stanie unieruchomić spadające atomy na 70 sekund, a nawet i dłużej. Fakt ten sprawia, że teoretycznie mogą się one przydać nie tylko do badania oddziaływań grawitacyjnych na poziomie atomowym, ale także na poziomie kwantowym. Połączenie tych dwóch słów: grawitacja i kwanty w jednym zdaniu jest niezwykle interesujące dla naukowców z całego świata. Jakby nie patrzeć, kwantowo udało się opisać wszystkie siły natury poza grawitacją. Stworzenie teorii, która mogłaby połączyć fizykę kwantową z grawitacją jest obecnie świętym Graalem dla świata fizyki.
Czytaj także: Zrobił zdjęcie atomu. Wykorzystał aparat fotograficzny, który można kupić w sklepie
Możliwe także, że właśnie ta teoria wszystkiego byłaby w stanie wyjaśnić przyspieszającą ekspansję wszechświata. Szacunki wskazują, że ciemna energia stanowi aż 70 proc. całej materii i energii we wszechświecie. Problem jednak w tym, że wciąż nie wiadomo czym ona jest (to samo także dotyczy ciemnej materii). Naukowcy nie wiedzą, czy mamy tutaj do czynienia z energią próżni kosmicznej, czy też nową siłą natury, która w przeciwieństwie do grawitacji odpycha od siebie materię. Warto tutaj jednak podkreślić, że w takim przypadku ciemna energia byłaby siłą znacznie słabszą od grawitacji, która przecież i tak uważana jest za słabą siłę natury.
W ramach opisywanego w artykule eksperymentu naukowcy umieszczali w specjalnej komorze próżniowej około 10 000 atomów cezu. Były one od siebie na tyle oddalone, że nie mogły ze sobą w żaden sposób oddziaływać. Sieć optyczna odpowiadała za utrzymywanie atomów w chmurach składających się z około dziesięciu atomów każda. Grawitacja Ziemi stara się takie atomy ściągnąć w dół z siłą miliard razy większą od siły z jaką działa wisząca nad atomami masa wolframu. Atomy utrzymywane są jednak na jednej wysokości, bowiem siatka optyczna działa tutaj niczym typowa półka, na której atomy spoczywają. W tak przygotowanym eksperymencie atomy dzieli się na dwa pakiety fal znajdujące się w superpozycji i umieszcza je w oddzielnych miejscach na siatce. Gdy te pakiety się ze sobą połączą, naukowcy otrzymują całą informację kwantową o ich stanie.
Póki co, teoria grawitacji sprawdza się doskonale. Naukowcy już teraz budują nowy interferometr atomowy, który będzie w stanie utrzymywać niższą temperaturę niż obecny oraz lepiej kontrolować wibracje. Wszystko wskazuje na to, że będzie on sto razy dokładniejszy od obecnego. Istnieje zatem nadzieja na to, że tym razem uda mu się dostrzec kwantowe właściwości grawitacji. Pozostaje czekać na wyniki pierwszych eksperymentów prowadzonych za pomocą tego urządzenia.