Физики из Национального института стандартов и технологий (США) разработали новую схему эксперимента, в котором удерживаемая лазерным излучением микросфера, выполненная из диэлектрического материала, используется для регистрации возможных неньютоновских гравитационных сил на нанометровых расстояниях.

Гравитацию можно считать плохо изученным фундаментальным взаимодействием, поскольку точных данных о том, как влияют друг на друга объекты, разнесённые на несколько микрометров или нанометров, у теоретиков нет. Это привело к появлению различных теорий, модифицирующих ньютоновскую силу тяготения на малых расстояниях.

Для того чтобы проверить эти предположения, необходимо изолировать два объекта, сблизить их и с высочайшей точностью измерять их смещение друг относительно друга», — говорит один из авторов работы Эндрю Гераки (Andrew Geraci).

Решать такую задачу учёные предлагают по известной технологии оптического захвата, реализуемой, к примеру, в «оптических пинцетах». В своём варианте опыта физики намерены использовать микросферу из диоксида кремния радиусом 150 нм, которая будет удерживаться в оптическом резонаторе с помощью лазера, работающего на длине волны λ = 1,5 мкм. Роль зеркала резонатора сыграет покрытая слоем золота мембрана, изготовленная из нитрида кремния. С помощью излучения на длине волны 0.67•λ авторы будут «охлаждать» микросферу и проводить измерения.

Рис. 1. Предельно упрощённая схема опыта, на которой показаны излучение лазера, массивный объект и микросфера (иллюстрация K. Talbott / NIST).

Согласно расчётам, описанная система позволяет располагать сферу на чрезвычайно малом удалении от тестовой массы, которая находится за мембраной из нитрида кремния. Если эксперимент будет реализован, чувствительность схемы в 10⁵–10⁷ раз превзойдёт показатели опытов, проведённых ранее на микрометровых расстояниях.

Аналогичным образом, замечают исследователи, можно наблюдать и проявления эффекта Казимира.

Результаты исследований опубликованы в статье:

A.A. Geraci, S.B. Papp and J. Kitching. Short-range force detection using optically cooled levitated microspheres.– Physical Review Letters. – Aug. 30, 2010 (online). 105, 101101 (2010) DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.101101.

По материалам: