Προς μια νέα δοκιμή της γενικής σχετικότητας;

Πηγή: ESA,  23 Μαρτίου 2006

Επιστήμονες που χρηματοδοτούνται από την Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία θεωρούν ότι μπορεί να έχουν μετρήσει το βαρυτικό ισοδύναμο ενός μαγνητικού πεδίου για πρώτη φορά σε ένα εργαστήριο. Υπό ορισμένους ειδικούς όρους το φαινόμενο είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό που αναμενόταν από τη γενική σχετικότητα και θα μπορούσε να βοηθήσει τους φυσικούς να κάνουν ένα σημαντικό βήμα προς την κβαντική θεωρία της βαρύτητας, που τόσο περιμένουν όλοι φυσικοί.

Ακριβώς όπως ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο, έτσι και μια κινούμενη μάζα παράγει έναν βαρυτικό πεδίο. Σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας, το φαινόμενο είναι ουσιαστικά αμελητέο. Εντούτοις, ο Martin Tajmar, των εργαστηρίων ARC στην Αυστρία, ο Clovis de Matos της ESA και οι συνάδελφοι τους θεωρούν ότι έχουν μετρήσει το φαινόμενο σε ένα εργαστήριο.

Ένας υπεραγωγικός δακτύλιος επιταχυνόμενος επάγει μη-Νευτώνεια βαρυτικά πεδία στη γειτονική του περιοχή

Το πείραμά τους περιλαμβάνει ένα δακτύλιο υπεραγωγικού υλικού που περιστρέφεται μέχρι και 6.500 φορές το λεπτό. Οι υπεραγωγοί είναι ειδικά υλικά που χάνουν όλη την ηλεκτρική αντίσταση τους κάτω από μια ορισμένη θερμοκρασία. Οι περιστρεφόμενοι υπεραγωγοί παράγουν ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο, που ονομάζεται ροπή London. Το νέο πείραμα εξετάζει μια υπόθεση από τους Tajmar και de Matos, που εξηγεί τη διαφορά μεταξύ των μετρήσεων υψηλής ακρίβειας της μάζας των ζευγών Cooper (που μεταφέρουν το ρεύμα στους υπεραγωγούς) και της πρόβλεψής τους μέσω της κβαντικής θεωρίας. Έχουν ανακαλύψει δε ότι αυτή η ανωμαλία θα μπορούσε να εξηγηθεί από την εμφάνιση ενός βαρυτομαγνητικού (gravitomagnetic) πεδίου στον περιστρεφόμενο υπεραγωγό (αυτό το φαινόμενο έχει ονομαστεί Βαρυτομαγνητική ροπή London,  αναλογικά με το μαγνητικό αντίστοιχό της). 

Οι μικροί αισθητήρες επιτάχυνσης που τοποθετήθηκαν σε διαφορετικές θέσεις κοντά στον περιστρεφόμενο υπεραγωγό, που πρέπει να επιταχυνθεί για να είναι το φαινόμενο παρατηρήσιμο, κατέγραψαν ένα πεδίο επιτάχυνσης έξω από τον υπεραγωγό, το οποίο εμφανίζεται να παράγεται από το βαρυτομαγνητισμό. "Αυτό το πείραμα είναι το βαρυτικό ανάλογο του ηλεκτρομαγνητικού πειράματος επαγωγής του Faraday το 1831.

Αυτό δείχνει ότι ένα υπεραγωγικό γυροσκόπιο είναι σε θέση να γεννήσει ένα ισχυρό βαρυτομαγνητικό πεδίο και είναι επομένως το βαρυτικό αντίστοιχο του μαγνητικού πηνίου. Ανάλογα με την μελλοντική του επιβεβαίωση, αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για μια νέα τεχνολογική περιοχή, η οποία θα είχε πολυάριθμες εφαρμογές στο διάστημα και άλλα πεδία της υψηλής τεχνολογίας", λέει ο de Matos.

Αν και είμαι μόλις τα 100 χιλιοστά της γήινης επιτάχυνσης, το πεδίο που μετρήθηκε είναι εκατό εκατομμύρια τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερο από ό,τι προβλέπει η γενική σχετικότητα του Einstein. Αρχικά, οι ερευνητές ήταν απρόθυμοι να πιστέψουν τα εκπληκτικά αποτελέσματά τους.

"Τρέξαμε πάνω από 250 πειράματα, επί 3 χρόνια βελτιώναμε την ικανότητα τους και συζητήσαμε την ισχύ των αποτελεσμάτων επί 8 μήνες πριν κάνουμε αυτήν την ανακοίνωση. Τώρα είμαστε βέβαιοι για τη μέτρηση", λέει ο Tajmar, που εκτέλεσε τα πειράματα και ελπίζει ότι και άλλοι φυσικοί θα κάνουν αυτό το πείραμα προκειμένου να ελεγχθούν τα συμπεράσματα και να αποκλειστεί ένα φαινόμενο λάθους των οργάνων.

Παράλληλα με την πειραματική αξιολόγηση της υπόθεσής τους, οι Tajmar και de Matos έψαξαν επίσης για ένα πιο ξεκάθαρο θεωρητικό μοντέλο της Βαρυτομαγνητικής Ροπής London. Και το εμπνεύστηκαν από την υπεραγωγιμότητα. Οι ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες των υπεραγωγών εξηγούνται με την κβαντική θεωρία υποθέτοντας ότι τα φωτόνια (που μεταφέρουν τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις), κερδίζουν μάζα. Επιτρέποντας στα βαρυτόνια, που μεταφέρουν τις βαρυτικές δυνάμεις, να γίνουν βαρύτερα, διαπίστωσαν ότι  θα μπορούσε να διαμορφωθεί. η απροσδόκητα μεγάλη βαρυτομαγνητική δύναμη που μέτρησαν.

"Εάν επιβεβαιωθούν οι μετρήσεις, θα ήταν μια σημαντική σημαντική ανακάλυψη", λέει ο Tajmar, "και ανοίγεται ο δρόμος για μια νέα εξέταση της γενικής σχετικότητας και αυτό θα έχει συνέπειες στον κβαντικό κόσμο."