Một thí nghiệm mới do các nhà vật lí tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kì (NIST) đề xuất có thể cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra các hiệu ứng hấp dẫn với độ chính xác chưa có tiền lệ ở những khoảng cách rất ngắn – khoảng cách mà những chi tiết mới lạ của hành trạng hấp dẫn có thể phát hiện được.
Một chùm sáng laser (màu đỏ) có thể làm cho một hạt bột thủy tinh đường kính xấp xỉ 300 nm nổi lơ lửng, và hạt bột lơ lửng đó sẽ hết sức nhạy với các tác dụng của sự hấp dẫn. Di chuyển một vật lớn và nặng (màu vàng) đến cách hạt bột trong vòng vài nano mét có thể cho phép đội nghiên cứu kiểm tra các tác dụng của sự hấp dẫn ở những khoảng cách rất ngắn. Ảnh: K. Talbott/NIST
Trong số bốn lực cơ bản chi phối các tương tác trong vũ trụ, lực hấp dẫn có lẽ là quen thuộc nhất, nhưng trớ trêu thay nó lại được các nhà vật lí hiểu kém nhất. Trong khi tác dụng của sự hấp dẫn đã được tìm hiểu kĩ lưỡng ở những vật thể cách nhau những khoảng cách cỡ thiên văn học hoặc cỡ con người, thì phần lớn nó chưa được kiểm tra những khoảng cách rất gần – vào cỡ vài phần triệu của một mét – nơi các lực điện từ thường chiếm ưu thế. Sự thiếu dữ kiện này đã mang lại nhiều năm tranh luận khoa học gay gắt.
“Có rất nhiều lí thuyết đang cạnh tranh nhau về việc lực hấp dẫn có hành xử khác đi ở một ngưỡng khoảng cách gần như thế hay không”, nhà vật lí Andrew Geraci tại NIST phát biểu. Nhưng đúng là hơi khó mang hai vật thể đến gần nhau mà vẫn đo được chuyển động tương đối của chúng với nhau thật chính xác”.
Trong một nỗ lực nhằm né tránh vấn đề hóc búa trên, Geraci và các đồng tác giả của ông hình dung ra một thí nghiệm treo một hạt bột thủy tinh nhỏ trong một ‘cái chai’ bằng chùm laser, cho phép hạt di chuyển tới lui bên trong chai. Vì sẽ có rất ít ma sát, nên chuyển động của hạt sẽ hết sức nhạy với các lực xung quanh nó, trong đó có lực hấp dẫn của một vật nặng đặt gần đó.
Theo đội nghiên cứu, thí nghiệm đề xuất này sẽ cho phép kiểm tra các tác dụng của lực hấp dẫn lên các hạt cách nhau khoảng cách bằng 1/1000 đường kính của một sợi tóc người, như vậy cuối cùng nó cho phép định luật Newton được kiểm tra với độ nhạy tốt hơn các thí nghiệm hiện có tới 100.000 lần.
Thật ra việc thực hiện kế hoạch này có thể mất vài ba năm, đồng tác giả Scott Papp của bài báo đăng trên tạp chí Physical Review Letters cho biết, một phần vì vấn đề ma sát, nữ thần báo ứng xưa nay của nghiên cứu hấp dẫn khoảng cách ngắn. Các thí nghiệm trước đây đã đặt một vật nhỏ (giống như hạt thủy tinh của thí nghiệm này) lên trên một cái lò xo hay một cái que ngắn, chúng tạo ra ma sát lớn nhiều so với sức nén laser mang lại, nhưng ý tưởng của đội NIST cũng gặp phải những trở ngại của riêng nó.
“Mọi thứ ít nhiều đều sinh ra ma sát”, Geraci nói. “Trước hết, chúng tôi phải tạo ra các chùm laser thật sự yên ắng, sau đó còn phải loại trừ mọi chất khí nền trong buồng chứa. Và chắc chắn sẽ có những nguồn ma sát khác mà cho đến nay chúng tôi chưa xét đến”.
Theo Geraci, hiện nay, điều quan trọng là đưa ý tưởng ra tham khảo trước cộng đồng khoa học.
“Sự tiến bộ trong cộng đồng khoa học không chỉ phát sinh từ những thí nghiệm cá lẻ, mà còn từ những ý tưởng mới lạ”, ông nói. “Việc công nhận hệ thống này có thể dẫn tới các phép đo lực rất chính xác có thể mang đến các thí nghiệm và thiết bị hữu ích khác”.
Nguồn: PhysicsOrg.com
