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Physik

Schwerkraftmessung mit Superfluid Shielding

Schwerkraftmessung mit Superfluid Shielding

Sir Isaac Newton, einer der einflussreichsten Wissenschaftler aller Zeiten, interessierte sich besonders für die Umlaufbahn des Mondes um die Erde. Er argumentierte, dass die Kraft, die den Mond in seiner Flugbahn hält, die Schwerkraft sein muss und sich daher über weite Entfernungen erstrecken muss. Von diesem Zeitpunkt an haben Wissenschaftler versucht zu verstehen, was Schwerkraft ist und wie man sie misst.

Albert Einstein hatte die Theorie, dass die Schwerkraft der Raum selbst ist, der um eine Masse gekrümmt ist und Objekte in ihre verzogene Domäne zieht. Wissenschaftler haben dieses theoretische Modell verwendet und es mit einer Reihe kosmologischer Erklärungen kombiniert, um zu versuchen, zu verstehen, was unser Universum ausmacht.

[Bildquelle: Pixabay]

Dunkle Materie

Bei der Beobachtung gibt es im Universum viel zu wenig sichtbare Materie, um die berechnete Gravitationsenergie zu bilden. Daher führten Wissenschaftler den „leeren Raum“ auf dunkle Materie zurück, die etwa 27 Prozent des Universums einnimmt.

Die "Verlindes-Hypothese der Schwerkraft" versucht jedoch, die Inkonsistenzen der Dunklen Materie zu beseitigen. Es beschreibt die Schwerkraft als eine entropische Kraft (eine Kraft, die durch die thermodynamische Tendenz des Systems beeinflusst wird, seine Entropie zu erhöhen) und nicht als seine zuvor angenommene grundlegende Wechselwirkung. Kürzlich hat die Verlindes-Hypothese einige erste Tests bestanden.

Schwerkraft messen

Unsere Theorien und unser Verständnis der Schwerkraft sind alles andere als kohärent und die Etablierung einer allgemein akzeptierten Theorie kann uns helfen, einige der grundlegenden Fragen der Physik zu beantworten. Ein kürzlich im Journal of Physics Review Letters, Dezember 2016, veröffentlichter Artikel behauptet, einen neuen Weg gefunden zu haben, um die Schwerkraft mit einer Genauigkeit zu messen, die viel größer ist als bei früheren Versuchen. Forscher des MIT Department of Physics verwenden eine Methode namens Atominterferometrie. Die Atominterferometrie ist eine Technik zur präzisen Messung der Natur von Atomen.

Einsteins Theorie der Welle-Teilchen-Dualität besagt, dass Teilchen als Wellen oder Teilchen klassifiziert werden können. Daher kann diese Technik verwendet werden, um die Differenz der Wellenphasen von Atomen zu messen, um die auf sie einwirkenden Kräfte zu berechnen.

Methode

Ein Laser wird durch Materie in Form von Bose-Einstein-Kondensaten (BEC), einem der fünf Materiezustände (Gas, Flüssigkeit, Feststoff, Plasma, BEC), gerichtet. BEC ist eine Ansammlung von Atomen, die auf einen Grad des absoluten Nullpunkts abgekühlt sind. Die Atome bewegen sich kaum relativ zueinander, da dafür keine freie Energie vorhanden ist. Daher sind die Atome in der Materie gefangen und ihre Position relativ zu den nicht gefangenen Atomen kann gemessen werden.

Die Anzahl der eingefangenen und nicht eingefangenen Atome ist jedoch ungleichmäßig, was zu Messfehlern führen kann. Daher werden bei diesem Verfahren zwei separate Kondensate mit unterschiedlichen magnetischen Ausrichtungen verwendet. Jedes Kondensat wird dann dem Laser und einem Magnetfeld ausgesetzt. Das Magnetfeld bewirkt, dass sich die Atome gleichmäßig zwischen ihnen ausbreiten, wodurch die Genauigkeit der Messung erhöht wird.

Superfluid-Abschirmung

Das Forschungsteam geht mit der Einführung von Superfluid Shielding noch einen Schritt weiter. Bei der Superfluid-Abschirmung werden BECs in ein Superfluid-Bad getaucht, um sie vor äußeren Kräften zu schützen. Mit weniger Interferenz können die Atome länger gemessen werden.

Neben genaueren Messungen können Quanteneffekte auch innerhalb von BECs beobachtet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Atome als ein größeres Atom wirken, wenn sie gegen den absoluten Nullpunkt tendieren. Daher können BECs möglicherweise die Lücke zwischen Quanten- und Newtonscher Physik schließen.

H / T:ScienceAlert

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Geschrieben von Terry Berman


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