7.6ミリグラムのシリコンウエハー2枚の間で重力を測定
· BehindLines 編集部
中国の中山大学のShan-Qing Yang氏が率いるチームは、それぞれ7.6ミリグラムのシリコンウエハー2枚の間の重力による引力を測定したと発表しました。『Nature Communications』の論文によると、これはミリグラム程度の物体どうしの測定で、著者らは、重力の古典的な領域と量子的な領域を近づける一歩だと説明しています。ScienceAlertは、これをこれまでに測定された最小の組だとしています。
なぜこれほど小さく測るのか
一般相対性理論と量子論はそれぞれの領域をとてもよく説明しますが、数学的な枠組みは噛み合いません。この境界を探るため、物理学者はますます軽い質量でキャベンディッシュの実験をやり直しています。論文によると、以前の試験では、約90ミリグラムの金の球2個の間の引力が測られていました。
実験装置
研究者らはシリコンに小さなねじれ振り子を刻み込みました。一方の端には7.6ミリグラムのウエハーがあり、向かい側には同じウエハー16枚を載せた円盤が置かれ、それらが順番に近くを通ります。ScienceAlertによると、円盤は10分で1周し、引力は1周ごとに16回繰り返されるため、背景ノイズと区別できます。全体は真空中に置かれ、金でコーティングした薄いシリコン膜が静電気力を抑えます。電子システムが振り子をほぼ静止させ、引力を打ち消すのに必要な力を測ります。
結果
0.654〜1.554ミリメートルの距離で、測定された力はニュートンの予測と一致し、論文によると最大の不確かさは50アトニュートン（50 × 10⁻¹⁸ N、標準偏差の2倍）でした。ScienceAlertは、最も近い距離での力を471アトニュートンと伝えています。論文はこれから重力定数Gを6.67 × 10⁻¹¹（国際単位系）と導き、ScienceAlertは不確かさを5.3%、値は国際的な推奨値と整合していると述べています。データからは、ニュートンの法則からの湯川型のずれにも制限を設けることができました。
これが意味すること
ScienceAlertは、この結果は量子重力にはまだ遠いと強調し、この規模でニュートンの法則が成り立つことを示したものだとしています。論文の著者らは、ねじれ秤や、光や磁場で物体を浮かせる方法など、互いに補い合う複数のアプローチの進展により、量子状態の物体どうしの重力をいつか観測できるという期待が持てると書いています。ScienceAlertは、これらの道にはそれぞれ難しさがあり、特に外乱の除去が課題だと指摘しています。