Studiuesit rimatin konstanten gravitacionale
Konstanta gravitacionale G përcakton forcën e gravitetit—forca që i bën mollët të bien në tokë ose e tërheq Tokën në orbitën e saj rreth diellit. Është pjesë e ligjit të gravitetit universal të Isak Njutonit, të cilin ai e formuloi për herë të parë më shumë se 300 vjet më parë. Konstanta nuk mund të nxirret matematikisht; duhet të përcaktohet me eksperiment.
Gjatë shekujve, shkencëtarët kanë kryer eksperimente të shumta për të përcaktuar vlerën e G, por komuniteti shkencor nuk është i kënaqur me shifrën aktuale. Është akoma më pak i saktë se vlerat e të gjitha konstanteve të tjera themelore natyrore – për shembull, shpejtësia e dritës në vakum.
Një arsye pse graviteti është jashtëzakonisht i vështirë për t’u llogaritur është se është një forcë shumë e dobët dhe nuk mund të izolohet: kur matni gravitetin midis dy trupave, matni edhe efektin e të gjithë trupave të tjerë në botë.
“E vetmja mundësi për zgjidhjen e kësaj situate është matja e konstantës së gravitetit me sa më shumë metoda të ndryshme që të jetë e mundur”, shpjegon Jürg Dual, profesor në Departamentin e Inxhinierisë Mekanike dhe Procesit në ETH Cyrih. Ai dhe kolegët e tij kryen një eksperiment të ri për të ripërcaktuar konstantën e gravitetit dhe tani kanë paraqitur punën e tyre në revistën shkencore Nature Physics.
Për të përjashtuar sa më shumë që të jetë e mundur burimet e ndërhyrjes, ekipi i Dual vendosi pajisjet e tyre matëse në atë që dikur ishte kështjella Furggels, e vendosur pranë Pfäfers mbi Bad Ragaz, Zvicër. Instalimi eksperimental përbëhet nga dy trarë të varur në dhomat e vakumit. Pasi studiuesit vendosën një bashkim vibrues, gravitacional bëri që rrezja e dytë të shfaqte gjithashtu lëvizje minimale (në rangun e pikometrit – d.m.th., një e trilionta e një metri). Duke përdorur pajisje lazer, ekipi mati lëvizjen e dy rrezeve dhe matja e këtij efekti dinamik i lejoi ata të konkludojnë madhësinë e konstantës gravitacionale.
Vlera që arritën studiuesit duke përdorur këtë metodë është 2.2 për qind më e lartë se vlera aktuale zyrtare e dhënë nga Komiteti për të Dhënat për Shkencën dhe Teknologjinë. Megjithatë, Dual pranon se vlera e re i nënshtrohet një pasigurie të madhe: “Për të marrë një vlerë të besueshme, ne ende duhet ta zvogëlojmë këtë pasiguri me një sasi të konsiderueshme. Ne jemi tashmë në procesin e marrjes së matjeve me një ndryshim paksa vendosja eksperimentale në mënyrë që të mund të përcaktojmë konstantën G me saktësi edhe më të madhe.” Rezultatet fillestare janë në dispozicion, por ende nuk janë publikuar. Megjithatë, Dual konfirmon se “ne jemi në rrugën e duhur”.
Studiuesit e drejtojnë eksperimentin në distancë nga Cyrihu, gjë që minimizon ndërprerjet nga personeli i pranishëm në vend. Ekipi mund të shikojë të dhënat e matjes në kohë reale sa herë që ata zgjedhin.
Për Dual, avantazhi i metodës së re është se mat gravitetin në mënyrë dinamike nëpërmjet trarëve në lëvizje. “Në matjet dinamike, ndryshe nga ato statike, nuk ka rëndësi që është e pamundur të izolohet efekti gravitacional i trupave të tjerë”, thotë ai. Kjo është arsyeja pse ai shpreson se ai dhe ekipi i tij mund ta përdorin eksperimentin për të ndihmuar në zgjidhjen e enigmës së gravitetit. Shkenca ende nuk e ka kuptuar plotësisht këtë forcë natyrore apo eksperimentet që lidhen me të.
Për shembull, një kuptim më i mirë i gravitetit do të na lejonte të interpretonim më mirë sinjalet e valëve gravitacionale. Valë të tilla u zbuluan për herë të parë në vitin 2015 në observatorët LIGO në SHBA. Ato ishin rezultat i dy vrimave të zeza që rrotulloheshin rreth e qark që ishin bashkuar në një distancë prej rreth 1.3 miliardë vite dritë nga Toka. Që atëherë, shkencëtarët kanë dokumentuar dhjetëra ngjarje të tilla; nëse do të mund të gjurmoheshin në detaje, ato do të zbulonin njohuri të reja mbi universin dhe historinë e tij.
Dual filloi të punonte në metodat për të matur konstantën e gravitetit në 1991, por në një moment e kishte lënë punën e tij në pritje. Megjithatë, vëzhgimi i valëve gravitacionale në LIGO i dha një vrull të ri dhe në vitin 2018 ai rifilloi kërkimin e tij. Në vitin 2019, ekipi i projektit ngriti laboratorin në kështjellën Furggels dhe filloi eksperimente të reja. Përveç shkencëtarëve nga grupi i Dual dhe një profesori statistikash, projekti përfshiu gjithashtu personelin e infrastrukturës si specialistë të dhomave të pastrimit, një inxhinier elektrik dhe një mekanik. “Ky eksperiment nuk mund të bëhej së bashku pa vite përpjekje ekipore,” thotë Dual.
Dual do të bëhet profesor emeritus në fund të korrikut të këtij viti dhe tashmë ka mbajtur leksionin e lamtumirës. “Një eksperiment i suksesshëm është një mënyrë e mirë për t’i dhënë fund karrierës sime,” thotë ai.