2019年のクリスマスシーズン、ウィーンの研究所で4人の物理学者が、てんとう虫ほどの大きさの2つの小さな金の球体の上空を漂っていました。その球体は、音、地震、電磁気など、想像できるあらゆる意味で静まり返っていました。研究者たちは、球体の一方の重力がもう一方の球体に与える影響を探ろうとしていたので、そうならざるを得ませんでした。
チームはこのスケールでの重力探査としては初の試みとして、この現象を検出しました。金色の球体の一つ（「源質量」）が、もう一つの球体をわずかに揺らす様子が記録されました。研究チームの研究結果は本日、Nature誌に掲載されました。
「私たちの小さな金の惑星を例に挙げると、その表面にある物体は、地球上で物体が落下する速度の300億倍もの速度で落下することになります」と、ウィーン大学の量子物理学者で論文の共著者であるマルクス・アスペルマイヤー氏はビデオ通話で述べた。「まさにこれが、私たちが話している大きさなのです」
https://[削除されたリンク]/scientists-just-observed-an-effect-of-gravity-on-tiny-p-1797057322
自然界の基本的な力の一つであり、おそらく最も知覚しやすい力である重力の探究は、最も巨大なスケールと最も小さなスケールで行われる傾向がある。大きな重力の探究は、はるか遠くの質量、つまり宇宙の彼方に広がるブラックホールや中性子星の探究にあたる。しかし、重力のごくわずかな作用をより深く理解するのは、地球上で行われる。地球では、研究者は制御困難な宇宙空間よりもはるかに容易に実験環境を制御できるからだ。
アスペルマイヤーのチームにとって、この制御とは、実験中に研究者が金の球体に近づきすぎることから外の交通まで、チームの結果に悪影響を与える可能性のある変数を抑制することを意味した。物理学者たちは、人々が家族と家にいるため外を走る路面電車が少なく、ウィーンの通常のビジネス街の喧騒が鈍るホリデーシーズンに意図的に実験を実施した。
「発生源の質量からの加速度と他のすべての質量からの加速度を区別するには、いくつかのトリックを実行する必要があります」とアスペルマイヤー氏は述べた。
金が原料質量として選ばれたのは、重く、密度が高く、純度も高く、物理学者がそのあらゆる特性を非常に容易に理解できるためです。新しい宝飾品を購入するのと同じように、彼らは基礎物理学研究用の金をウィーンの地元の金細工師から購入し、その職人にスケールに合わせて製作してもらいました。
実験では、電磁干渉を防ぐため、小さな金色のビーズは小さなファラデーシールドで隔てられていた。一方のビーズは天井から吊るされた水平の棒に取り付けられ、棒には鏡が取り付けられていた。もう一方のビーズ（重力場を及ぼす質量体）は断続的に動かされた。レーザー光を鏡に照射すると、この微小な力場を受ける側の球体の増分運動が、レーザー光の動きとして正確に記録された。
「これほど微小な重力信号の検出自体が刺激的な成果ですが、著者らはさらに一歩進んで、実験からGの値を特定しました」と、ドイツ連邦物理工科大学の非所属物理学者、クリスチャン・ロスライトナー氏は付随する展望記事で述べています。「したがって、この実験は、ニュートンの重力法則がこれほど小さな質量の源に対しても成り立つことを示す初めての実験です。」
これは、重力に関する微細な探究の終着点ではありません。物理学者たちは最終的に、量子状態における重力場の測定を目指しています。そうすることで、重力を最もよく説明する理論である一般相対性理論が量子力学では説明できないという事実を解決できるのです。重力場の測定がより微細になればなるほど、研究者たちは、暗黒物質が目に見えないにもかかわらず、なぜ宇宙の質量に貢献しているのかといった大きな疑問への答えに近づくことができます。
https://gizmodo.com/are-we-about-to-reconcile-gravity-with-quantum-mechanic-1459798999
このような小規模な実験が行われる前に、研究チームはより小さな非量子質量を扱う予定だ。
「現時点での主な制限要因は依然として環境ノイズですが、必ずしも実験装置を変更する必要があるわけではありません」と、ウィーン大学の物理学者で共著者のハンス・ヘパハ氏は同じビデオ通話で述べた。「現在の実験における根本的な制限要因は、振り子の懸架装置の熱ノイズです。したがって、懸架装置をなくし、試験質量を（例えば磁気的に）浮上させることで、より小さな質量を実現できるでしょう。」
重力の調整により、宇宙で最も弱い力の新たな小さなスケールが明らかになりました。それを検出するには、厳密に管理された実験室環境と綿密な数学的計算が必要でした。次回ウィーンにお越しの際は、静かにしてください。物理学者たちは研究を続けています。
