Оригінальна схема експерименту, запропонована американськими фізиками, дозволить вивчити гравітаційну взаємодію з найвищою точністю і на невеликих - порядку нанометрів - дистанціях. Можливо, за цих умов проявляться якісь нові екзотичні властивості гравітації.
З чотирьох фундаментальних взаємодій гравітація - найбільш зрозуміле і доступне нам. Але за дивною іронією, для фізиків вона стала якраз найважчою для точного наукового опису і включення в єдину картину. Для об'єктів космічних масштабів, розділених космічними ж відстанями, вплив її точно виміряний, розрахований і передбачуваний. Але ось як гравітація поводиться на мікроскопічному рівні, близько мільйонних часток метра, де домінують зазвичай електромагнітні сили, відомо вкрай мало. І, як водиться, брак знань стимулює найгарячіші дискусії і різні гіпотези.
Фізик з американського Національного інституту стандартів і технологій (NIST) Ендрю Джерачі (Andrew Geraci) каже: "Існує маса теорій, що пропонують власні погляди на те, як проявляє себе гравітація на таких масштабах. Однак перевірити їх нелегко, оскільки надзвичайно складно зблизити предмети на потрібну відстань і при цьому з необхідною точністю вимірювати їх відносне зміщення ". Саме для цього Джерачі і його команда запропонували поставити оригінальний експеримент.
Для початку слід взяти крихітну - близько 300 нм в діаметрі - скляну сферу і помістити її під вплив пучка лазерного випромінювання з довжиною хвилі 1,5 мкм. Сфера виявиться ніби підвішеною в межах лазерного променя, що дозволяє звести практично до нуля вплив тертя. Сфера зможе рухатися вздовж променя, але якщо діаметр його буде майже збігатися з її діаметром, не буде його залишати.
Така схема, відома під назвою «оптичного захоплення» (optical trapping), використовується для низки нанотехнологічних завдань - скажімо, для так званого «оптичного пінцету». Градієнт інтенсивності випромінювання затягує крихітну частинку і утримує її майже так, як урагани захоплюють за собою предмети покрупніше.
Рухи сфери, не соромленої тертям, будуть високо чутливі до впливу зовнішніх сил - включаючи гравітаційний вплив якогось досить важкого об'єкта, який може з'явитися поблизу. Це може бути золотий стрижень, який вчені пропонують наблизити до сфери на найдрібнішу відстань - близько декількох нанометрів, в тисячі разів менше діаметра людського волосся. Під тяжінням стрижня сфера злегка змінить своє положення, що і можна виміряти іншим лазерним променем (довжиною хвилі 1 мкм). Спостереження за ефектами гравітації будуть проведені з такою точністю, з якою цього ще ніхто і ніколи не робив. У сотні тисяч, а то й мільйони разів чутливіші, ніж вже поставлені експерименти.
Втім, продумати схему експерименту і втілити її в реальність - дві різні речі. На думку авторів, постановка досвіду може зайняти ще кілька років, хоча б тому, що потребуватиме вирішення низки інших складнощів. Мова, перш за все, про те ж тертя. Звичайно, підвішена в пучці лазера частинка відчуває куди менший вплив тертя, ніж частинки в попередніх експериментах, коли їх поміщали на кінчик найтоншої голки або пружинки. Але і тут, при такій чутливості експерименту, тертя дає про себе знати - це і співударіння з частинками навколишнього газу, і з випромінюванням самого лазера. Всі ці впливи експериментаторам доведеться враховувати.
Читайте також про те, чому для високоточних вимірювань гравітаційного поля Землі вчені стали скидати з вежі одного університету дорогі прилади: «Упустити, щоб виміряти».
За прес-релізом NIST