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Les physiciens ont mesuré le plus petit champ gravitationnel de l'histoire. Pourquoi c'est important?

Les scientifiques savent depuis longtemps que dans notre compréhensionla gravité manque quelque chose. Par exemple, il n'explique pas comment la mystérieuse énergie sombre accélère l'expansion de l'Univers, et n'est pas non plus en accord avec la mécanique quantique, qui décrit le comportement des objets au niveau des atomes et des particules élémentaires. Une façon d'essayer de réconcilier les deux théories est d'observer comment les petits objets interagissent avec la gravité. Récemment, une équipe internationale de physiciens, pour la première fois de l'histoire, a mesuré avec succès le champ gravitationnel d'une minuscule boule dorée d'environ 2 mm de diamètre dans un laboratoire. La nouvelle étude vise à aider les scientifiques à comprendre comment la gravité s'intègre à la mécanique quantique à la plus petite échelle. Fait intéressant, les forces gravitationnelles de cette ampleur ont tendance à se produire uniquement dans les régions des galaxies les plus éloignées. Les résultats de la nouvelle étude sont donc pour le moins étonnants.

Une boule d'or utilisée dans une nouvelle étude contre une pièce de monnaie.

L'expérience d'Henry Cavendish

Le physicien et chimiste britannique de la fin du 18e siècle HenryCavendish voulait mesurer la densité moyenne de notre planète. Dans l'expérience, le scientifique a utilisé une balance de torsion et un culbuteur, qu'il a fixé sur un long fil métallique. Le physicien y a mis deux billes de plomb d'environ 730 grammes chacune. À chacune de ces balles - à la même hauteur - Cavendish a apporté une balle lourde, d'environ 150 kg, également en plomb. Cavendish a fait de son mieux pendant l'expérience et a placé l'appareil dans une boîte en bois afin que les courants d'air et les changements de température n'aient aucun effet sur celui-ci.

Le résultat, comme le cher lecteur le sait probablement,a permis de mesurer la densité de la Terre avec une précision satisfaisante et est devenue la première expérience de l'histoire à étudier l'interaction gravitationnelle entre les corps dans des conditions de laboratoire. Notons également que les données obtenues par Cavendish ont par la suite permis aux scientifiques de calculer constante gravitationnelle.

Constante gravitationnelle ou La constante de Newton Est une constante physique fondamentale, une constante d'interaction gravitationnelle.

La densité moyenne de la Terre est de 5,51. Ces valeurs sont distantes de deux siècles et confirment l'énorme talent expérimental du Britannique Henry Cavendish.

Il est important de comprendre que le scientifique de son expérience ne s'est pas fixé pour tâche de déterminer la constante gravitationnelle, car pendant ces années, il n'y en avait toujours pas une seule idée dans la communauté scientifique.

Comment mesurer le champ gravitationnel?

Dans une nouvelle étude de physique de VienneL'université et l'Académie autrichienne des sciences ont d'abord développé une version miniature de l'expérience Cavendish. Pour la première fois dans l'histoire, ils ont pu mesurer avec succès le champ gravitationnel d'une boule d'or d'un diamètre de seulement 2 mm à l'aide d'un pendule de torsion très sensible. À cette échelle, l'équipe devait s'attaquer à un certain nombre de sources de perturbation.

Pendule de torsion ou un pendule rotatif est un système mécanique dans lequel le corps est suspendu sur un fil fin et n'a qu'un seul degré de liberté: rotation autour d'un axe donné par un fil fixe.

En tant que masse gravitationnelle de la physiqueutilisé des boules d'or pesant chacune environ 90 mg. Deux sphères d'or étaient attachées à une tige de verre horizontale distante de 40 millimètres. L'une des sphères était la masse d'essai, l'autre était le contrepoids; la troisième sphère, la masse d'origine, a été déplacée à côté de la masse d'essai pour créer une interaction gravitationnelle. Pour éviter l'interaction électromagnétique des sphères, un écran de Faraday a été utilisé et l'expérience a été réalisée dans une chambre à vide pour éviter les interférences acoustiques et sismiques.

Un petit pendule suspendu à une fine fibre de verre ressent la force gravitationnelle d'une boule dorée millimétrique.

Puis, à l'aide d'un laser, les scientifiques ont pu suivrecomment le faisceau a rebondi sur le miroir au centre de la tige vers le détecteur. Lorsque la tige tournait, le mouvement du laser sur le détecteur indiquait la force de la force gravitationnelle, et le déplacement de la masse de la source a permis à l'équipe d'afficher avec précision le champ gravitationnel créé par les deux masses. L'expérience a montré que La loi de la gravité de Newton est vrai même pour de minuscules masses de seulement 90 milligrammes.

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Les résultats obtenus ont également montré que dansdes mesures encore plus petites du champ gravitationnel pourraient être effectuées à l'avenir. Fait intéressant, la nouvelle découverte pourrait aider les scientifiques à progresser dans l'étude du monde quantique et potentiellement acquérir de nouvelles connaissances sur la matière noire, l'énergie noire, la théorie des cordes et les champs scalaires.

Le schéma présenté dans l'étude. Images Nature, 2021

Comme le co-auteur de l'étude Hans Hepach l'a noté dansinterview avec New Scientist, le plus grand effet non gravitationnel de l'expérience a été enregistré à partir des vibrations sismiques générées par les piétons et le trafic de tramway autour du laboratoire de recherche à Vienne. Par conséquent, les physiciens ont obtenu les meilleurs résultats de mesure la nuit et pendant les vacances de Noël, quand il y avait moins de monde dans les rues.

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Si nous essayons de résumer brièvement les résultats obtenus enAu cours des résultats du travail, la force gravitationnelle (selon Einstein) est une conséquence du fait que les masses plient l'espace-temps dans lequel d'autres masses se déplacent. Dans une nouvelle expérience, les physiciens ont pu mesurer comment l'espace-temps plie une coccinelle. À quoi pensez-vous que la nouvelle découverte mènera? Les scientifiques pourront-ils enfin concilier les deux théories contradictoires? Nous attendrons la réponse ici, ainsi que dans les commentaires de cet article.