Το 1797, ο Άγγλος επιστήμονας Χένρι Κάβεντις μέτρησε τη δύναμη της βαρύτητας με ένα κατασκεύασμα από μολύβδινες σφαίρες, ξύλινες ράβδους και σύρμα. Σήμερα, μια επιστημονική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, έκανε κάτι παρόμοιο με πιο εξελιγμένα εργαλεία: τα άτομα.
Οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμη να μετρήσουν τη βαρύτητα με ολοένα και μεγαλύτερη ακρίβεια. Η ομάδα του Στάνφορντ το έκανε χρησιμοποιώντας τις επιπτώσεις της διαστολής του χρόνου – την επιβράδυνση του χρόνου που προκαλείται από την αυξημένη ταχύτητα ή τη βαρυτική δύναμη – στα άτομα. Σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Science», οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να μετρήσουν την καμπυλότητα του χωροχρόνου.
Το πείραμα εντάσσεται σε έναν τομέα της επιστήμης που ονομάζεται ατομική συμβολομετρία. Εκμεταλλεύεται μια αρχή της κβαντομηχανικής: όπως ακριβώς ένα κύμα φωτός μπορεί να αναπαρασταθεί ως σωματίδιο, έτσι και ένα σωματίδιο (όπως ένα άτομο) μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα «πακέτο κύματος». Και όπως ακριβώς τα κύματα φωτός μπορούν να επικαλύπτονται και να δημιουργούν παρεμβολές, έτσι και τα πακέτα κυμάτων ύλης μπορούν να επικαλύπτονται.
Συγκεκριμένα, αν το πακέτο ενός ατόμου χωριστεί στα δύο και στη συνέχεια επανασυνδεθεί, τα κύματα μπορεί να μην ευθυγραμμίζονται πλέον, που σημαίνει ότι οι φάσεις τους έχουν αλλάξει. Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων λειτουργούν μέσω μιας παρόμοιας αρχής. Μελετώντας τα σωματίδια με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες μπορούν να τελειοποιήσουν τους αριθμούς πίσω από ορισμένες από τις βασικές λειτουργίες του σύμπαντος, όπως το πώς συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια ή πόσο ισχυρή είναι πραγματικά η βαρύτητα και πώς αλλάζει διακριτικά ακόμη και σε σχετικά μικρές αποστάσεις.
Αυτό το τελευταίο φαινόμενο μέτρησε ο Κρις Όβερστριτ και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. Για να το κάνουν αυτό, δημιούργησαν ένα «ατομικό σιντριβάνι» που αποτελείται από έναν σωλήνα κενού ύψους 10 μέτρων, με έναν δακτύλιο γύρω από την κορυφή του.
Οι ερευνητές έλεγχαν το ατομικό σιντριβάνι εκτοξεύοντας παλμούς λέιζερ μέσα από αυτό. Με έναν παλμό, εκτόξευσαν δύο άτομα προς τα πάνω. Τα δύο άτομα έφτασαν σε διαφορετικά ύψη πριν ένας δεύτερος παλμός τα σπρώξει πάλι προς τα κάτω. Ένας τρίτος παλμός έπιασε τα άτομα στον πυθμένα, ανασυνδυάζοντας τα πακέτα κυμάτων των ατόμων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα δύο πακέτα ήταν εκτός φάσης. Μια ένδειξη ήταν ότι το βαρυτικό πεδίο στο ατομικό σιντριβάνι δεν ήταν εντελώς ομοιόμορφο.
«Αυτό, στη γενική θεωρία της σχετικότητας, είναι το αποτέλεσμα της καμπυλότητας του χωροχρόνου», δήλωσε ο Άλμπερτ Ρούρα, φυσικός στο Ινστιτούτο Κβαντικών Τεχνολογιών στο Ulm της Γερμανίας, αναφερόμενος σε μία από τις πιο διάσημες θεωρίες του Άλμπερτ Αϊνστάιν.
Δεδομένου ότι το άτομο που πήγε ψηλότερα ήταν πιο κοντά στο δακτύλιο, βίωσε μεγαλύτερη επιτάχυνση χάρη στη βαρύτητα του δακτυλίου. Σε ένα απόλυτα ομοιόμορφο βαρυτικό πεδίο, τέτοιες επιδράσεις θα εξουδετερώνονταν. Αντίθετα, τα πακέτα των ατόμων ήταν εκτός φάσης, και χάρη στα φαινόμενα της διαστολής του χρόνου, το άτομο που υπέστη μεγαλύτερη επιτάχυνση, ήταν ελαφρώς ασύγχρονο με το αντίστοιχο άτομο.
Η αλλαγή είναι μικροσκοπική, αλλά η ατομική συμβολομετρία είναι αρκετά ευαίσθητη για να την εντοπίσει. Και δεδομένου ότι οι επιστήμονες μπορούν να ελέγξουν την θέση και τη μάζα του δακτυλίου, είναι σε θέση να μετρήσουν και να μελετήσουν αυτά τα φαινόμενα.
Παρόλο που η τεχνολογία πίσω από αυτή την ανακάλυψη μπορεί να φαίνεται μυστηριώδης, η ατομική συμβολομετρία μπορεί μια μέρα να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και να μας βοηθήσει να πλοηγούμαστε καλύτερα από το GPS, δήλωσαν οι ερευνητές.
