長期以來，量子尺度引力一直是物理學界的一個謎，但是事情可能會開始發生變化。物理學家測量了有史以來最小的引力場，該實驗可以幫助人們尋找統一的物理學理論。在物理學已知的四個基本力（弱相互作用和強相互作用，電磁力和引力）中，只有重力尚未整合到稱為標準模型的物理學劇本中，該模型描述了亞原子粒子的動物園如何運作。

兩個微小的金球對彼此的引力產生響應。 （圖片來源：Tobias Westphal /維也納大學）

引力由愛因斯坦的廣義相對論來描述，但隨著它在量子尺度上的分解，我們對宇宙的最佳描述被一分為二。 物理學仍然無法描述重力是如何在亞原子尺度上工作的，當談到理解黑洞中心的奇異性，或者為什麼重力的強度比所有強度都弱得多時，物理學家不得不撓頭。其他力量。但是一項新的實驗測量了兩個微小的金球之間的微小重力引力，每個金球的跨度僅為2毫米，這可能是許多提供有關重力如何在這些尺度下執行的線索的第一個。

這是一個概念驗證實驗，旨在建立一種能夠測量非常小的加速度的感測器，並建立可以檢測甚至更小的重力的方法。從長遠來看，我們想回答一個疊加中的量子物體的引力場是什麼樣子，但是在此過程中還有很多事情要做。一次處於兩個量子狀態的粒子。為了窺見重力在小範圍內的工作原理，英國科學家亨利·卡文迪許（Henry Cavendish）於1798年首次設計的一種裝置，用於測量地球的密度，並據此測量引力的強度。常數稱為G。

重力概念

扭力平衡計是一根水平杆，其兩端透過一根帶有兩個質量塊（在本例中為金球）的金屬絲從其中心懸垂下來。這意味著，如果沿鋼筋的水平軸施加很小的力，則導線會扭曲，科學家可以根據鋼筋旋轉了多少來測量作用力。透過使第三個金球與附著在金條末端的金球之一緊密靠近，研究人員能夠測量金球和所附著的金球之間的重力。

尋找的力量到底大小如何？

研究人員尋找的力量很小。大約9×10 ^減14牛頓，這將是人類血細胞三分之一在地球引力場中所經歷的力。因此，實驗必須非常靈敏，研究人員必須將暴露於外部噪聲的可能性降至最低，確保裝置上不會產生雜散電荷，並找到發現所需訊號的方法。

透過將離子化的氮氣充入裝置周圍的區域，然後將其置於真空中，他們消除了任何雜散電荷。他們還透過緩慢地將兩個球體越來越近地分開，使他們正在尋找的微小引力訊號更加突出。 就像閃爍的燈光比恆定的燈光更引人注目一樣，球之間的重力增長和收縮比靜止時要容易得多。這使研究人員能夠找到兩個球體之間的引力強度，也可以找到他們自己的引力常數測量值。

到目前為止，在他們所測量的尺度上，重力遵循了與較大尺度上相同的可預測規則。物理學家現在希望使他們的實驗更加靈敏，以便他們可以從質量更輕，距離更短的物體中拾取至少1000倍的較小訊號。這可能為理論提供重要線索，該理論可以解釋大小尺度的引力，以及對其他神秘事物（例如暗物質的存在）的見解，暗物質是一種不發光但仍未施加引力的神秘物質。

暗物質

在較小的規模上，研究人員可以開始發現物質透過引力相互作用的全新方式，這些方式遵循量子世界更為奇怪的規則。如果這樣做的話，物理學可能最終會開始彌合我們在宇宙的大大小小的圖片之間的鴻溝。擴大我們對這種難以捉摸的力量的認識可能會幫助我們收集一些提示，以找到對我們的物理現實的更基本的瞭解。最初發表在《生命科學》上。