物理學新突破：科學家測量到半粒沙的引力

物理學家首次測量到了質量僅爲沙粒一半的粒子所受到的微弱引力。這種最精確的測量是邁向量子領域和潛在的萬物理論的一個突破。在宇宙的四種基本力--引力、電磁力、強核力和弱核力中，引力是我們日常生活中最熟悉的一種力，但實際上它是我們目前唯一無法用粒子物理學標準模型（我們描述宇宙的最佳系統）來解釋的一種力。

如果存在量子引力理論，那麼線索就會隱藏在最微小的尺度上，隱藏在原子和粒子之間的引力相互作用中。問題是，這些微小的相互作用會被地球巨大的引力影響所沖淡。這就好比在空轉的噴氣發動機下試圖記錄一隻蟲子的腳步聲。如果想測量粒子之間的電磁作用，可以設置一個盒子來阻擋所有外界干擾，但卻無法在重力作用下做到這一點。

但現在，科學家們開發出了一種新型實驗，可以抵消地球的拉力，揭示小物體之間的引力相互作用。實驗的訣竅是將一個磁性粒子懸浮在一個超導陷阱中，使其與外界電磁、熱量和振動完全隔離，然後將一個 2.4 千克（5.3 磅）重的砝碼放在一個輪子上搖擺過去，觀察粒子是否移動。

果然，研究小組在這一粒子上測出了微弱的引力，其引力僅爲 30 阿託尼頓（aN），而這一引力的作用點恰好與較大砝碼最靠近它的時間點相對應。它的重量僅爲 0.43 毫克，是迄今爲止測量到的最小重力質量。之前的記錄是 90 毫克--大約是一隻瓢蟲的質量。最近的另一項研究測量了由於重力差異而導致的時間流逝在僅 1 毫米的微小距離上的差異。

這一微不足道的測量，讓世界更接近量子領域。如果可以在如此微小的物體上測量到引力，科學家們也許終於可以開始將這種奇怪的力量納入我們的宇宙模型，並建立一個正確的萬物理論。

該研究的主要作者蒂姆-福克斯（Tim Fuchs）說："一個世紀以來，科學家們一直試圖理解引力和量子力學是如何協同工作的，但都以失敗告終。現在我們成功地測量到了有記錄以來質量最小的引力信號，這意味着我們離最終實現引力和量子力學如何協同工作又近了一步。從這裡開始，我們將利用這種技術縮小信號源的規模，直到我們達到雙方的量子世界。通過了解量子引力，我們可以解開宇宙中的一些謎團--比如宇宙是如何開始的，黑洞內部發生了什麼，或者將所有力量統一到一個大理論中。"

這項研究發表在《科學進展》雜誌上。