Fizicienii au masurat direct curbura gravitationala

O echipa e fizicieni a reusit sa determine o noua proprietate a campului gravitational, masurand gravitatia cu atomi reci, la trei inaltimi diferite si simultan, anunta Societatea Americana de Fizica.

Atractia gravitationala a Pamantului scade odata cu cresterea altitudinii, iar cercetatorii au detectat diferentele in laborator, pe o distanta da cativa metri, folosindu-se de precizia extrema a atomilor reci.

Acum, o echipa de fizicieni a facut urmatorul pas masurand schimbarea in aceasta gradare gravitationala produsa de o masa mare, folosind masuratori realizate la 3 inaltimi diferite. Ei sustin ca tehnica pe care au folosit-o ar putea imbunatati cartografierea variatiilor densitatii rocilor bazata pe gravitatie si ar putea, totodata, sa imbunatateasca precizia testelor de relativitatea generala si masuratorile constantei gravitationale.

Tehnica interferometriei atomice permite masuratori la distanta cu o precizie extrema, exploatand natura cuantum-mecanica a atomilor. Aceasta a fost folosita anterior pentru a masura puterea campurilor gravitationale si pentru a evalua schimbarile care apar in aceste campuri odata cu distanta. Aceste masuratori permit determinarea constantei gravitationale a lui Newton (G). Masuratori cat mai precise ar permite realizarea de teste de mare precizie ale teoriei relativitatii generale.

Masurarea gravitatiei in doua puncte apropiate da gradientul (variatie pe unitatea de lungime a unei marimi scalare) ca diferenta dintre cele doua puncte impatita la distanta care le separa. Masurarea in 3 puncte da rata de schimbare a gradientului, numita si curbura campului.

Experimentul a fost propus in 2002, iar acum o echipa din Italia, condusa de Guglielmo Tino de la Universitatea din Florenta si de la Institutul National de Fizica Nucleara, l-a pus in practica. Anterior, Tino si colegii sai au stabilit G prin masurarea gravitatiei la doua inaltimi diferite cu un experiment similar.

Pentru a masura gravitatia simultan in trei puncte, echipa a lansat 3 nori de atomi ultrareci la trei inaltimi diferite intr-o teava verticala cu o lungime de 1 metru, inconjurand jumatatea de sus a tevii cu 516 kg de aliaj de tungsten, pentru a creste variatia in campul gravitational. Aproape de varfurile traiectoriilor, atomii au fost iradiati cu serii rapide de pulsuri laser din partea de sus pana in partea de jos a tevii.

Masurarea curburii gravitationale ar putea imbunatati masurarea constantei gravitationale, sustine Tino. O metoda cunoscuta presupune masurarea intensitatii campului si a gradientului in timp ce un corp cu masa ridicata este miscat intre doua detectoare. Realizand simultan doua masuratori separate ale gradientului in diferite pozitii, noua tehnica ar putea elimina sursele erorilor sistematice fara a necesita o miscare a masei, lucru ce poate provoca erori.

Curbura gravitationala poate fi folosita si pentru a cartografia schimbarile gravitationale in pamant, iar tehnica poate fi folosita pentru a deduce structurile geologice la adancime si pentru a gasi rezervele de titei. Chiar daca schimbarea densitatii este mica, curbura se poate modifica puternic daca schimbarea de densitate este abrupta.

Lucrarea care prezinta rezultatele cercetarii a fost publicata in revista de specialitate Physical Review Letters.

„Masurarea fortei gravitationaleeste sensibila cand vine vorba de tot ce tine de subteran”, explica Holger Muller de la Universitatea din Califonia, cu sediul la Berkeley, aratand ca dezvoltarea unui dispozitiv practic de masurare a curburii ar fi „o mare realizare”.