آزمایش عجیب دانشمندان برای به چالش کشیدن گرانش اینشتین؛ پای «نیروی پنجم» در میان است

پژوهشگران مؤسسات فدرال فناوری زوریخ و مؤسسه پاول شرر در ویلینگن سوئیس، پرتو شدیدی از اتم‌های سرد تولید کرده‌اند که قصد دارند از آن برای آزمودن نظریه گرانش اینشتین استفاده کنند.
 
این پرتو سرد از میونیوم تشکیل شده است؛ یک پادذرهٔ نسل دوم. پژوهشگران می‌خواهند برهم‌کنش آن با گرانش را بررسی کنند تا دریابند آیا نیروی دیگری از طبیعت نیز وجود دارد که هنوز آن را کشف نکرده‌ایم یا خیر.
 
گفتنی است ماده‌ای که در اطراف خود می‌بینیم از پروتون، نوترون و الکترون ساخته شده است که دانشمندان آن را نسل اول ذرات می‌نامند. دو نسل دیگر ذرات، سنگین‌تر از ذرات نسل اول هستند، اما ناپایدارند و به سرعت به ذرات نسل اول واپاشیده می‌شوند.
 
میون، پسرعموی سنگین‌تر الکترون از نسل دوم ذرات است. پژوهشگران مؤسسه پاول شرر با استفاده از یک شتاب‌دهنده ذرات، میون‌ها و پادذرات آنها را با موفقیت تولید کرده‌اند. هنگامی که یک پادمیون با یک الکترون ترکیب می‌شود، اتم خنثی میونیوم تشکیل می‌شود.
 
این دانشمندان همراه با پژوهشگران مؤسسه فدرال فناوری زوریخ، می‌خواهند اندازه‌گیری کنند که اتم میونیوم چگونه تحت تأثیر گرانش سقوط می‌کند. از زمان گالیله تا نیوتن و سپس اینشتین، فیزیکدانان جهانی بودن سقوط آزاد را تأیید کرده‌اند.

این اصل هم‌ارزی بیان می‌کند که همه اجسام درون یک میدان گرانشی با شتاب یکسان سقوط می‌کنند، صرف‌نظر از جرم یا ساختار درونی آنها.
 
به گزارش ایتنا و به نقل از Interesting Engineering، اینشتین از این اصل به عنوان ستون بنیادین نظریه نسبیت معروف خود استفاده کرد، اما این اصل تنها بر روی ذرات ماده و پادماده نسل اول آزمایش شده است. اندازه‌گیری آن بر روی اتم میونیوم، نخستین نمونه آزمودن این اصل بر روی یک ذره نسل دوم خواهد بود.

 

میونیوم برای این آزمایش بسیار مناسب است زیرا از نظر الکتریکی خنثی است. در مقایسه، یک ذره باردار می‌تواند تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی سرگردان قرار گیرد و اثر نیروی ضعیف گرانش را پنهان کند.
 
بر اساس اعلام پژوهشگران، یکی از موانع اصلی در انجام چنین آزمایشی، واپاشی سریع میونیوم بوده است. این ذرات علاوه بر واپاشی سریع در مدت تنها ۲٫۲ میکروثانیه، در تلاش‌های پیشین با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کردند که انجام آزمایش‌ها را دشوار می‌ساخت.
 
پژوهشگران مؤسسه پاول شرر از یک مایع کوانتومی برای تولید جریان پایدار اتم‌های میونیوم استفاده کرده‌اند.

جسی ژانگ، پژوهشگر مؤسسه پاول شرر، می‌گوید: «ما از هلیوم فوق‌سیال استفاده کردیم که تا نزدیک صفر مطلق در منفی ۲۷۳ درجه سانتی‌گراد خنک شده بود. هلیوم فوق‌سیال یک مایع کوانتومی است که در آن اتم‌های هلیوم هویت خود را از دست می‌دهند و ناخالصی را درون خود نمی‌پذیرند».
 
گفته می‌شود پادمیون‌های تولیدشده در شتاب‌دهنده ذرات مؤسسه پاول شرر، سپس به درون این مایع کوانتومی شلیک می‌شوند و در آنجا با الکترون‌های آزاد برخورد کرده و اتم میونیوم را تشکیل می‌دهند.

یک پتانسیل شیمیایی مثبت که در این واکنش شکل می‌گیرد، اتم میونیوم را به سطح می‌راند و پتانسیل شیمیایی به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود و آن را به صورت عمودی از مایع بیرون می‌پراند.
 
پژوهشگران اکنون قصد دارند یک تداخل‌سنج بسازند که از خواص موجی اتم میونیوم برای ایجاد الگوی تداخلی استفاده کند تا بتواند تأثیر گرانش بر میونیوم را تشخیص دهد.
 
گفتنی است ساخت این دستگاه ممکن است دو تا سه سال طول بکشد، اما هنگامی که آماده شود، به پرسش مهمی که مدت‌ها بی‌پاسخ مانده است، پاسخ خواهد داد: آیا گرانش بر روی ماده عجیب متفاوت عمل می‌کند؟ اگر گرانش واقعاً متفاوت عمل کند، این موضوع به وجود یک نیروی پنجم طبیعت اشاره خواهد کرد.
 
در پایان باید گفت که در حال حاضر، گروه پژوهشی بر تعیین این موضوع متمرکز است که آیا اصل هم‌ارزی بر نسل دوم ذرات نیز اعمال می‌شود یا خیر.

منبع ایتنا