Japonští vědci měřili gravitaci na extrémně malých vzdálenostech  
Gravitaci obvykle známe jako sílu, která drží pohromadě galaxie a planetární systémy. Jak ale funguje v mikrosvětě, v měřítku nanometrů?

Supravodivé magnety 50GeV synchrotronu J-PARC. Kredit: Patrick Dep / Wikimedia Commons.
Supravodivé magnety 50GeV synchrotronu J-PARC. Kredit: Patrick Dep / Wikimedia Commons.

Podle klasického Newtonova gravitačního zákona je gravitační síla mezi dvěma objekty úměrná jejich hmotnostem a klesá se čtvercem vzdálenosti mezi těmito objekty. Říká se tomu zákon převrácených čtverců (anglicky inverse-square law), podle něhož intenzita fyzikálního pole či také intenzita záření klesá s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje.

 

Logo Ósacké univerzity.
Logo Ósacké univerzity.

Fungování tohoto zákona můžeme vidět v okolním vesmíru, například u planet, které obíhají kolem hvězd. Už jsme také zjistili, že tyto vztahy platí v měřítcích kolem 1 milimetru. Japonští vědci se teď ale pustili ještě mnohem hlouběji a měřili působení gravitace na extrémně nepatrných vzdálenostech. Jejich studii nedávno publikoval časopis Physical Review D.
Tatsushi Shima z Ósacké univerzity a další vědci při tomto výzkumu využili neutronové zařízení (neutron beamline facility) v komplexu Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), které je nejvýkonnější na světě. S jeho pomocí studovali působení gravitace na škále 0,1 nanometru, čímž se pustili do zkoumání gravitace na pomezí kvantových jevů.

 

Badatelé uspěli a rozšířili tím pádem možnosti pátrání po exotických projevech gravitace až do měřítka nanometrů. Také podotýkají, že by podobnými experimenty bylo možné testovat celou řadu jevů, které předpovídají přijímané teorie gravitace a které by měly působit v podobných měřítcích.

Komplex J-PARC. Kredit: Shoji Nagamiya / Wikimedia Commons.
Komplex J-PARC. Kredit: Shoji Nagamiya / Wikimedia Commons.


Komplex J-PARC se nachází v kampusu Tokai agentury Japan Atomic Energy Agency (JAEA), asi 120 km severně od Tokia. Tvoří ho série protonových urychlovačů, které srážejí protony téměř rychlostí světla. Používají technologii pulzujících protonových paprsků, aby dosáhli rekordní intenzity vytvářených neutronových paprsků.

 

Měření gravitace v měřítku nanometrů. Kredit: NOP collaboration.
Měření gravitace v měřítku nanometrů. Kredit: NOP collaboration.

V experimentu s měřením gravitace na extrémně nepatrných vzdálenostech badatelé stříleli pulzy neutronových paprsků do komory plněné plynem, buď heliem anebo xenonem. Přitom zjišťovali, jak dlouho neutrony letí tímto plynem a k jakému rozptylu během toho dochází. Z výsledků těchto měření japonský tým odvodil, že na neutrony ve vzdálenosti kolem 0,1 nanometru nepůsobí žádná nevysvětlená exotická síla. Jinými slovy, tuto vzdálenost můžeme brát jako spodní mez velikosti, kde prokazatelně funguje gravitace taková, jakou ji známe v makrosvětě.

 

Badatelé jsou rovněž přesvědčeni, že jejich výzkum přispěje ke hledání exotických dimenzí. Pokud skutečně existují dimenze, které předpovídají strunové teorie, a gravitace je skutečně tak slabá kvůli tomu, že prosakuje do těchto normálně velmi skrytých dimenzí, tak bychom to podle japonského týmu mohli nějakým způsobem pozorovat právě v měřítku nanometrů.

Video:   J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) Center


Literatura

Osaka University 23. 3. 2018, Physical Review D 97: 062002.

Datum: 27.03.2018
Tisk článku

Kvantová kreativita - Goswami Amit
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 279 Kč
cena: 248 Kč
Kvantová kreativita
Goswami Amit
Související články:

Utíkají nám neutrony do zrcadlového světa?     Autor: Stanislav Mihulka (07.07.2012)
Velký hadronový srážeč by mohl ulovit černé díry a paralelní vesmíry     Autor: Stanislav Mihulka (20.03.2015)
Jsou kvantové zvláštnosti stopou existence paralelních světů?     Autor: Stanislav Mihulka (04.06.2015)



Diskuze:

Gravitace v mikrosvětě neexistuje

Václav Krupička,2018-04-17 16:37:31

Naprosto souhlasím s poznámkou pana Nedbala. Odstup gravitace od elektrostatiky u nejlehčích částic
je 43řádů. To znamená, že gravitační síla ve vzdálenosti 0,1 nm odpovídá elektrické síle, vyvolané
nábojem ve vzdálenosti Slunce. A co je to elektricky neutrální? Pole neodstraníme když do "stejného"bodu vložíme opačný náboj. Jak klasická tak kvantová fyzika bude proti. Můžeme nahradit pole bodového náboje polem dipólu (o mnoho řádů slabší), opačně orientované dipóly vytvoří kvadrupól atd. Spočítat to neumím, ale asi na těsné uzavřené Gaussově ploše budou místa s kladným i záporným tokem intenzity ať je uvnitř jakýkoli kus "neutrální" hmoty. Integrální zákon určuje jen
součet nábojů uvnitř. Přesto existuje proces sjednocování velkého množství interakcí hmoty s "chaosem" křivočarých polí a tím je sdílená setrvačnost. Působením časově proměnných křivočarých polí na libovolný system (s vazbami) se uvnitř systému projevují zdánlivé síly (setrvačnost) a zatímco tečné složky se vzájemně ruší, normálové se sčítají a nepodílejí se na ztrátě pohybové energie.Tento efekt má statistický charakter a odvážím se tvrdit, že nějak souvisí s gravitací
podle Newtona. Názorně se dá ukázat,že pro paprsek kvadrupólových vln, dopadající na hmotný vzorek v malém prostorovém úhlu,časovou itegrací přes určité klubko a poté integrací těchto příspěvků dostaneme přitažlivou sílu ve směru zdroje. V souhlasu s entropickou gravitací E.Verlinde.

Odpovědět

Tak vzhledem k tomu,

Jan Děták,2018-03-27 19:12:53

že podle GTR je gravitace metrika časoprostoru, asi se na tak malé vzdálenosti v místních podmínkách moc naměřit nedalo. Měli by si to zopáknout poblíž horizontu událostí nějaké černé díry.

Odpovědět


Re: Tak vzhledem k tomu,

Vojtěch Kocián,2018-03-27 21:00:49

Jádra atomů i neutrony mají, pokud jde o gradient gravitačního pole, k černé díře relativně blízko. Rozhodně blíže, než jakékoliv makroskopické objekty, které můžeme zblízka studovat. Proto je zajímavé se podívat, jak to s tou OTR na tak malých vzdálenostech opravdu je.

Odpovědět


Re: Re: Tak vzhledem k tomu,

Ondřej D,2018-03-29 18:02:32

Možná, že tak blízko, že černé díry jsou každá částicí sui generis, tzn., že v klasickém vnímání jsou tělesem s nenulovým objemem. Při přímém pozorování by se pravděpodobně jevily jako kapky rtuti v beztížném stavu, kolem kterých byste se při přiblížení špagetifikovali a obvinuli jak cívka.

Odpovědět


Re: Re: Re: Tak vzhledem k tomu,

Ondřej D,2018-03-29 19:27:08

Představte si, že byste se podívali nad sebe a dívali se na svoje chodidla.

Odpovědět

el. náboj

Bluke .,2018-03-27 14:40:43

Ahojte,
Je isté ,že to čo merajú vedci je gravitacia a nie celkový náboj atómu?
Alebo ,ako vlastne odlišia tieto dve súbežné interakcie hmoty ,t.j elektrický náboj a gravitáciu v tomto pokuse.
ďakujem za zmysluplné odpovede.

Odpovědět


Re: el. náboj

Pavel Hudecek,2018-03-27 14:45:00

Předpokládám, že se jedná o srovnání rozptylu nenabitých neutronů s dříve změřeným rozptylem elektronů, nebo protonů. Když to máme navíc pro dva druhy atomů, s různým poměrem protonů a neutronů, tak to z toho asi nějak spočítat půjde.

Odpovědět

Dobrá zpráva

Pavel Nedbal,2018-03-27 13:59:01

Myslím, že není nutné, aby příroda vymýšlela další a další fyzikální jevy, když si celý vesmír vystačí se dvěma typy kvarků, elektronem a neutrinem (plus tedy pro formalitu sem tam nějaká antičástice), které se na jisté úrovni chovají kvantově (u elektronu to vidím dokonce jako nutnost, aby byla hmota vzájemně neprůchodná), a gravitace klidně vůbec kvantovaná být nemusí - v mikrosvětě vliv nemá, a v makrosvětě je to jedno. To, že se nám ani trochu nelíbí gravitační singularity ještě neznamená, že je "osvobodí" hypotetická kvantová gravitace. Vesmíru je to jedno.

Odpovědět


Re: Dobrá zpráva

Tomáš Habala,2018-03-27 22:38:41

Taký fotón je tiež celkom užitočná častica.

Odpovědět


Re: Re: Dobrá zpráva

Pavel Nedbal,2018-03-28 14:21:07

Vážený pane Habale,
děkuji za připomínku. Na tohoto leptona jsem zapomněl.

Odpovědět


Re: Re: Re: Dobrá zpráva

Pavel Nedbal,2018-03-28 14:25:42

Jo, a vzpomněl jsem si, jedna otázka, na kterou neumím odpovědět, nevíte někdo?: neutron navenek sice neutrální, se skládá ze tří nabitých kvarků; není možné, aby se při průletu okolo atomu v elektrickém poli lehounce polarizoval, a tím trošičku vstupoval do elmag. interakce? Děkuji za odpověď.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Dobrá zpráva

Marcel Koníček,2018-04-07 01:28:06

Neutrony mají dobře známý magnetický moment, který byl změřen dříve, než jsme věděli, že nějaké kvarky existují, což přispělo ke kvarkové teorii. Ano, chovají se jako malé magnetky v magnetickém poli, bližší znalosti jako nefyzik nemám :D

Odpovědět


Re: Dobrá zpráva

Marek Zelenka,2018-03-29 15:52:11

Pavel Nedbal: Těžko říci, jestli v mikrosvětě gravitace vliv nemá, a v makrosvětě je to jedno. Bez gravitační síly se mlhovina nezahustí a galaxie nevznikne. Gravitační síla se esenciálně projevuje už na úrovni geometrického uspořádání prostoru. Také by se nemělo v žádném případě zapomínat na to, že celá Zem a všechny jevy na ní je tažena naší galaxií gravitací Slunce, a že jsme nejen v neustálém pohybu rychlostí min. kolem 250 km/s (spolu se Sluncem), ale hlavně vše je v neustálé rotaci. A fyzikální jevy, které měříme, jsou toho nedílnou součástí, včetně momentu rotací na úrovni atomů. Až fyzika začne někdy zkoumat podstatu této primární rotace jako základní fyzikální sílu, začne rozumět gravitaci.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace