อะตอมประเภทต่างๆ ตกด้วยความเร่งเท่ากันเนื่องจากแรงโน้มถ่วง เซ็กซี่บาคาร่า ตามตำนานเล่าว่า กาลิเลโอทิ้งน้ำหนักจากหอเอนเมืองปิซา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุที่มีมวลต่างกันตกลงมาด้วยความเร่งเท่ากัน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้ทำการทดสอบซ้ำในลักษณะที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีไม่เคยคาดคิดมาก่อน โดยการปล่อยอะตอม
การศึกษาใหม่อธิบายการทดสอบการตกของอะตอมที่ละเอียดอ่อนที่สุด และแสดงให้เห็นว่าการทดลองแรงโน้มถ่วงของกาลิเลโอยังคงดำเนินต่อไป แม้กระทั่งสำหรับอะตอมแต่ละตัว อะตอมที่แตกต่างกันสองประเภท มีความเร่งเท่ากัน ภายในประมาณหนึ่งส่วนต่อล้านล้านหรือ 0.0000000001 เปอร์เซ็นต์ นักฟิสิกส์รายงานในหนังสือพิมพ์ฉบับหนึ่งในPhysical Review Letters
เมื่อเทียบกับการทดสอบการตกหล่นของอะตอมครั้งก่อน
งานวิจัยใหม่นี้มีความละเอียดอ่อนกว่าพันเท่า นักฟิสิกส์ Guglielmo Tino จากมหาวิทยาลัยฟลอเรนซ์ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาใหม่กล่าวว่า “มันแสดงถึงการก้าวกระโดดไปข้างหน้า
นักวิจัยเปรียบเทียบอะตอมรูบิเดียมของไอโซโทปสองชนิดที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นอะตอมที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันในนิวเคลียสของพวกมัน ทีมเปิดตัวเมฆของอะตอมเหล่านี้สูงประมาณ 8.6 เมตรในหลอดภายใต้สุญญากาศ นักวิจัยพบว่าเมื่ออะตอมเพิ่มขึ้นและลดลง ทั้งสองพันธุ์ก็เร่งความเร็วในอัตราที่เท่ากัน
ในการยืนยันการทดลองแรงโน้มถ่วงของกาลิเลโออีกครั้ง ผลลัพธ์ที่ได้สนับสนุนหลักการสมมูล ซึ่งเป็นรากฐานของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป หลักการดังกล่าวระบุว่ามวลเฉื่อยของวัตถุ ซึ่งกำหนดว่าวัตถุมีความเร่งเท่าใดเมื่อใช้แรง มีค่าเท่ากับมวลโน้มถ่วงของวัตถุ ซึ่งจะกำหนดว่าแรงโน้มถ่วงรู้สึกอย่างไร ผลที่สุด: ความเร่งของวัตถุภายใต้แรงโน้มถ่วงไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลหรือองค์ประกอบของวัตถุ
จนถึงตอนนี้ หลักการเทียบเท่าได้ทนต่อการทดสอบทั้งหมด แต่อะตอมซึ่งอยู่ภายใต้กฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม สามารถเปิดเผยจุดอ่อนของมันได้ นักฟิสิกส์ Mark Kasevich จาก Stanford University กล่าวว่า “เมื่อคุณทำการทดสอบกับอะตอม … คุณกำลังทดสอบหลักการสมมูลและเน้นย้ำด้วยวิธีใหม่ๆ
Kasevich และเพื่อนร่วมงานได้ศึกษาอนุภาคขนาดเล็กโดยใช้อะตอมอินเตอร์เฟอโรเมทรี ซึ่งใช้ประโยชน์จากกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อทำการวัดที่แม่นยำอย่างยิ่ง ในระหว่างการบินของอะตอม นักวิทยาศาสตร์ทำให้อะตอมอยู่ในสถานะที่เรียกว่าการทับซ้อนของควอนตัม ซึ่งอนุภาคไม่มีตำแหน่งที่แน่นอน อะตอมแต่ละอะตอมกลับมีตำแหน่งซ้อนทับกันสองตำแหน่ง โดยคั่นด้วยความสูงไม่เกินเจ็ดเซนติเมตร เมื่อตำแหน่งทั้งสองของอะตอมถูกนำกลับมารวมกันอีกครั้ง อะตอมก็แทรกแซงตัวเองในลักษณะที่เผยให้เห็นความเร่งสัมพัทธ์ได้อย่างแม่นยำ
นักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่าหลักการความเท่าเทียมจะสะดุดในที่สุด
“เรามีความคาดหวังที่สมเหตุสมผลว่าทฤษฎีปัจจุบันของเรา … ไม่ใช่จุดจบของเรื่องราว” นักฟิสิกส์ Magdalena Zych จากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ในบริสเบน ประเทศออสเตรเลีย ผู้ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว นั่นเป็นเพราะกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นสาขาของฟิสิกส์ที่อธิบายฟิสิกส์ที่ขัดกับสัญชาตญาณของวัตถุขนาดเล็กมาก เข้ากันไม่ได้กับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นักวิทยาศาสตร์ชั้นนำในการตามล่าหาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่สามารถรวมแนวคิดเหล่านี้เข้าด้วยกัน นักวิทยาศาสตร์หลายคนสงสัยว่าทฤษฎีใหม่นี้จะละเมิดหลักการสมมูลด้วยจำนวนที่น้อยเกินไปที่จะตรวจพบได้ด้วยการทดสอบที่ทำจนถึงตอนนี้
แต่นักฟิสิกส์หวังว่าจะปรับปรุงการทดสอบโดยใช้อะตอมดังกล่าวในอนาคต เช่น การทดสอบในอวกาศ ซึ่งวัตถุต่างๆ สามารถตกลงมาอย่างอิสระได้เป็นเวลานาน การทดสอบหลักการสมมูลในอวกาศได้ทำการทดสอบกับกระบอกสูบโลหะแล้ว แต่ยังไม่มีการทดสอบกับอะตอม ( SN: 12/4/17 )
การเดินทางเริ่มต้นจากแหล่งไอออนสองแห่งของ FRIB ซึ่งองค์ประกอบจะถูกทำให้กลายเป็นไอและแตกตัวเป็นไอออน หลังจากการเร่งความเร็วเริ่มต้นเพื่อให้ไอออนเคลื่อนที่ ลำแสงจะเข้าสู่เครื่องเร่งเชิงเส้น ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้อนุภาคลอยตัวได้อย่างแท้จริง เครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นดูเหมือนรถไฟบรรทุกสินค้าที่ลดขนาดลง โดยบรรจุกล่อง 46 กล่องสีไอศกรีมพิสตาชิโอ สูงประมาณ 2.5 เมตร และมีความยาวต่างกัน แต่คันเร่งส่งลำแสงที่เคลื่อนที่เร็วกว่ารถไฟบรรทุกสินค้ามาก — มากถึงประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง
ภายในกล่องสีเขียวที่เรียกว่า cryomodules ช่องของตัวนำยิ่งยวดจะถูกทำให้เย็นลงเหลือเพียงไม่กี่เคลวิน ซึ่งอยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์เพียงเล็กน้อย ที่อุณหภูมิเหล่านั้น โพรงสามารถเร่งไอออนโดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สั่นอย่างรวดเร็ว ห่วงโซ่ของโมดูลพิสตาชิโอล้อมรอบโรงงานในรูปของคลิปหนีบกระดาษ จำเป็นต้องมีการบิดเพื่อให้คันเร่งยาวประมาณ 450 เมตรพอดีกับอุโมงค์ยาว 150 เมตรที่เป็นที่ตั้งของ
เมื่อลำแสงถูกเร่งจนสุด มันจะกระแทกเป้าหมายที่เป็นกราไฟท์ การกระแทกอย่างแรงนั้นจะกระแทกโปรตอนและนิวตรอนออกจากนิวเคลียสของไอออนที่เข้ามา ทำให้เกิดไอโซโทปใหม่ที่หายากกว่า จากนั้น แม่เหล็กที่เปลี่ยนทิศทางอนุภาคตามมวลและประจุไฟฟ้าของอนุภาคที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการศึกษาแยกจาก riffraff จากนั้นอนุภาคที่น่าสนใจจะถูกส่งไปยังพื้นที่ทดลอง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เครื่องตรวจจับต่างๆ เพื่อศึกษาว่าอนุภาคสลายตัวอย่างไร วัดคุณสมบัติของพวกมัน หรือพิจารณาว่าปฏิกิริยาใดเกิดขึ้น เซ็กซี่บาคาร่า
