Minden eddiginél kisebb erőt mértek

Amerikai fizikusok egy csoportjának sikerült észlelni a valaha mért legkisebb erőt, ami körülbelül 42 joktonewton – írja a Science Daily a Science folyóiratban megjelent tanulmányra hivatkozva. A méréshez egy különleges optikai csapdát használtak, amely ultrahideg atomok használatára épült. A jokto- előtag a tíz mínusz huszonnegyedik hatványa, vagyis a joktonewton egy newton kvadrilliomod része.

A kaliforniai Berkeley Egyetem és a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium közös kísérletében használt oszcillátor (rezgéskeltő elem) az abszolút nulla fok közeléig hűtött rubídiumatomokból álló gáz volt, amelyet két állóhullámú (860 és 840 nanométer hullámhosszú) fénymezőből álló optikai csapdában tartottak fogva. A gáz tömegközponti mozgását azzal idézték elő, hogy megváltoztatták a 840 nanométeres fénymező amplitúdóját, az így keletkező változást pedig egy 780 nanométeres szondasugárral mérték.

A hasonlóan kicsi erők mérése azért problémás, mert amint az alkalmazott erőt mérhető mechanikus mozgássá alakító oszcillátorok érzékenysége eléri a kvantumszintet, működésbe lép a Heisenberg-féle határozatlansági elv, vagyis maga a mérés folyamata zavarja össze az oszcillátort, ami megakadályozza a pontos eredmények elérését. Ez a korlát a sztenderd kvantum limit (SQL), amelyet a kutatók az utóbbi évtizedekben különféle módszerekkel próbáltak áttörni.

Sydney Schreppler, a kutatócsoport egyik tagja szerint azért sikerült most minden eddiginél közelebb jutni a kvantumlimithez, mert az alkalmazott oszcillátor mindössze 1200 atomból állt, és ezeket úgy sikerült fogva ejteniük és így elhatárolniuk a környezetüktől, hogy az ehhez használt lézer közben nem melegítette fel őket, ezért megőrizték a megfelelő érzékenységhez szükséges alacsony hőmérsékletüket.

Schreppler szerint 1980-ban azt jósolták, hogy öt év alatt sikerül a kvantumlimit közelébe kerülni, ehhez képest nagyjából harminc évbe tellett, míg ez valóban sikerült. Most viszont megvan az a kísérleti módszer, amellyel még jobban megközelíthető a limit, és tesztelhetővé válnak olyan kérdések, mint hogy a newtoni gravitáció mennyiben érvényes a kvantumfizika világában.