Antizwaartekracht-experiment op kwantumschaal

Share Button

Door een plaat te laten trillen kunnen onderzoekers neutronen laten zweven. En hierdoor eindelijk voor het eerst rechtstreeks kwantumzwaartekracht onderzoeken.  Krijgen we nu eindelijk een goede kwantumzwaartekrachttheorie en kunnen we zwaartekracht leren temmen?

Kwantumzwaartekracht
Zwaartekracht is de oudst bekende en tegelijkertijd slechtst begrepen kracht in de natuur. Zwaartekracht vaststellen op kwantumschaal straat hoog op het verlanglijstje van natuurkundigen. Geen wonder. Einsteins algemene relativiteitstheorie en kwantummechanica zijn nauwelijks met elkaar in overeenstemming te brengen, dus experimentele data op kwantumniveau zijn absoluut noodzakelijk. Een probleem is alleen dat bij geladen deeltjes de elektromagnetische effecten veel sterker zijn dan de invloed van zwaartekracht. Het ligt dus voor de hand om met neutronen te werken: elektrisch neutraal, ongeveer even zwaar als een proton en niet al te radioactief (de halfwaardetijd van een neutron is ongeveer tien minuten). Helaas zijn neutronen daardoor ook ongevoelig voor de elektrische en magnetische velden die gewoonlijk worden gebruikt om deeltjes gevangen te houden.

Antizwaartekracht: als de onderste plaat precies in de juiste frequentie trilt, krijgen de neutronen een zetje naar boven.

Antizwaartekracht: als de onderste plaat precies in de juiste frequentie trilt, krijgen de neutronen een zetje naar boven.

Trillingen wekken antizwaartekrachteffect op
Voor ons in het dagelijks leven is zwaartekrachtenergie continu. Tussen twee horizontale platen wordt de zwaartekrachtsenergie van kwantumdeeltjes echter discreet, wat wil zeggen dat ze alleen in stapjes toe- of af kan nemen. Dit is wat bij een Frans-Oostenrijks experiment gebeurt. Neutronen worden sterk gekoeld (dus ongeveer stilgezet) en tussen twee platen gebracht.
Eén van de platen vibreert in een precies bepaalde frequentie. Als deze frequentie overeenkomt met het energieverschil tussen twee zwaartekrachts-kwantumstaten, wordt het neutron in de hogere-energie staat gebracht. In de praktijk komt dit neer op: een hogere positie. Trillingen laten het neutron dus zweven en werken dus als anti-zwaartekracht. Meten bij welke frequentie deze excitatie plaatsvindt, onthult precies het exacte energieverschil tussen de zwaartekrachts-kwantumstaten.

Traagheid en zwaarte op kwantumschaal nog gelijk aan elkaar?
Zware objecten hebben twee fundamentele eigenschappen. Ze zijn traag (het kost moeite ze in beweging te krijgen) en ze zijn zwaar (gevoelig voor zwaartekracht en wekken zwaartekracht op). Dit is de reden dat lichte en zware voorwerpen even snel naar beneden vallen. Immers, als de zwaartekracht twee keer zo sterk wordt, wordt ook de traagheid twee keer zo groot. Dat deze twee grootheden fundamenteel aan elkaar gelijk zijn heet het equivalentieprincipe en is een hoeksteen van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Geen wonder dus dat natuurkundigen heel graag willen weten of het equivalentieprincipe op kwantumschaal nog op gaat. Proefnemingen doen op kwantumschaal (zoals bij deze proef) kan deze vraag beantwoorden.

Is het aantal dimensies op kwantumschaal nog steeds drie?
Ook kan op kwantumschaal worden vastgesteld of de ruimte op zeer kleine afstanden een ander aantal dimensies heeft. Sommige varianten van de snaartheorie voorspellen bijvoorbeeld, dat op zeer kleine afstanden er meer dan drie ruimtedimensies plus een tijddimensie is (om precies te zijn: zeven of meer extra, opgevouwen dimensies) waardoor de zwaartekracht “weglekt” en dat dit verklaart waarom zwaartekracht zo zwak is. Als dit klopt, moet de zwaartekracht op kwantumniveau sterker zijn dan normaal. De kwantumenergieniveaus zullen dan verschillen. Heeft daarentegen natuurkundige Dejan Stojkovic gelijk (en metingen aan extreem energierijke kosmische deeltjes wijzen daarop), dan heeft het heelal op zeer kleine schaal juist minder dimensies en zal ook dat de trillingsfrequentie laten afwijken.

“Onze methode, die speciaal ontworpen is voor zeer kleine lengteschalen, kan -als we geluk hebben – ons helpen begrijpen hoe het heelal zelf evolueerde. Hoe dan ook, er staan ons opwindende nieuwe inzichten in zwaartekrachtonderzoek te wachten.” stelt onderzoeksleider prof. Hartmut Abele terecht. Met een eigenlijk verbluffend eenvoudig experiment wordt een stevige koevoet gezet in de kluis met geheimen van Moeder Natuur…

Bronnen:
Nature Physics
Technische Universität Wien

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. Jasper schreef:

    En… zijn er al resultaten? Ben erg benieuwd!

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger