Högteknologiskt experiment förfinar jakten på mystisk mörk energi och kvantgravitation.

StockholmFysiker vid University of California, Berkeley, har utvecklat ett mycket precisa experiment för att undersöka mörk energi. Mörk energi, som upptäcktes för 26 år sedan, gör att universum expanderar snabbare och snabbare. Målet med detta experiment är att hitta eventuella avvikelser från den nuvarande gravitationsteorin. Här är några viktiga detaljer:

• Använder en atominteferometer för precisa gravitationsmätningar
• Kombinerar en optisk gitter för att hålla atomer längre
• Förbättrade tidigare mätningar med en faktor av fem
• Experimentet kan immobilisera atomer i upp till 70 sekunder

Fysikern Holger Müller och hans team undersökte gravitation i mycket liten skala med sin utrustning. De upptäckte att gravitationen betedde sig precis som Isaac Newtons teori förutsade. Men den förbättrade noggrannheten hos deras instrument kan en dag hjälpa till att bekräfta eller motbevisa förekomsten av en möjlig femte kraft, som kan vara kopplad till partiklar kända som chameleoner eller symmetroner.

Teamet använde en metod som kallas för gitteratominterferometer. Denna metod håller atomer stilla och mäter små gravitationseffekter under en längre tid. Genom att hålla atomerna på en plats under en längre period kunde de upptäcka små krafter. Denna teknik kan även användas till sjöss för att studera havsbotten.

Mörk energi upptäcktes 1998 av två forskarteam, med bland annat Saul Perlmutter från UC Berkeley och Adam Riess. De upptäckte att universum expanderar snabbare än de tidigare trott. Även om det finns många teorier om mörk energi, är det fortfarande inte väl förstått. Mörk energi utgör cirka 70% av universum.

År 2015 använde Müller en atominterferometer för att leta efter kameleontpartiklar. Han upptäckte inga förändringar i den normala gravitationsdragningskraften. Det avgörande steget var att placera varje atom i ett tillstånd med olika momentum och sedan mäta fasskillnaden.

Läs också:

Idag · 15:52

Förbättra korallrevens hälsa genom vattenkvalitet i städerna

I sitt senaste experiment använde Müller och hans team ett optiskt gitter för att få atomerna att stanna längre på plats, även under COVID-19-pandemin. Postdoktorand Cristian Panda ökade hålltiden till 70 sekunder genom att stabilisera lasern och justera temperaturen.

Panda och Müller förbättrade sina mätningar genom att förkorta tiden de höll 10 000 cesiumatomer i ett vakuumkammare. De spred ut dessa atomer i små moln, vilket gjorde det möjligt för dem att mäta gravitationseffekter mer noggrant.

Panda, en biträdande professor vid University of Arizona, planerar att skapa sitt eget gitteratominterferometer. Samtidigt arbetar Müllers team på en ny apparat med bättre vibrationskontroll och kallare temperaturer. Denna nya apparat skulle kunna uppnå resultat som är 100 gånger bättre, vilket kan leda till stora framsteg i att upptäcka kvantegenskaperna hos gravitation.

Nationella vetenskapsfonden, Office of Naval Research och Jet Propulsion Laboratory finansierade detta viktiga arbete. Forskargruppen bestod av många experter från olika institutioner.