(Vaya a la parte inferior de una lista de clásica y mecánica cuántica efectos de la gravitación que se han observado en las partículas subatómicas; mi intento de explicar cuantitativamente lo que se necesitaría para medir el átomo-átomo de gravedad mayor de lo que había previsto, y no he tenido tiempo para acortar aún).
Supongamos que queremos medir la atracción gravitacional entre dos partículas cargadas, con masas de $m_1,m_2$ y cobra $q_1e,q_2e$. El clásico de energía potencial entre las dos partículas es
$$
U = -\frac{Gm_1m_2 + \alpha\manejadores c\, q_1 q_2 }{r}
$$
con la constante de gravitación de $G$ e inter-distancia de partículas $r$; la dimensión de estructura fina constante $\alpha\aprox 1/137$ se define por la relación $\alpha\manejadores c = e^2/4\pi\epsilon_0$. Lo destacable de este sistema es la debilidad de la fuerza de gravedad: la Partícula Grupo de Datos tabula $G/\manejadores c \aprox 6.7\times10^{-39} (\mathrm{GeV}/c^2)^{-2} $, por lo que para la electricidad y las interacciones gravitacionales que tendrá lugar en la misma escala entre partículas similares se tendría que tener una masa-carga de la relación de $m/q \approx \sqrt{\alpha \manejadores c/G} \aprox 10^{18}\,\mathrm{GeV}/c^2$. Un protón tiene una masa-carga de la relación de $0.94\,\mathrm{GeV}/c^2$, y un núcleo pesado podría haber $m/q \aprox 200\text{–}240\,\mathrm{GeV}/c^2$ - un juego de pelota completamente diferente.
En la tierra de las interacciones electrodébil, también tenemos un interesante pero débil fuerza que nos gustaría estudiar en contra de la abrumadora fondo de la electromagnética y la interacción fuerte. Allí tenemos la ventaja de que las interacciones electrodébil fuertemente violar la simetría, la paridad, que la electromagnética y la interacción fuerte no. Hay toda una clase de experimentos que poner un haz polarizado en un objetivo y rápidamente volteo el spin de las partículas en el haz, buscando una paridad de violar la asimetría en la interacción del haz con el objetivo. El estado del arte de la asimetría de experimentos es la parte por mil millones de sensibilidad. Es como si yo le di a un "injusto" de la moneda que, si se da la vuelta un mil millones de veces, le daría una más de las colas que se dirige. Hay un límite fundamental para este tipo de experimentos, conocido como estadísticas de conteo: si usted está esperando $N$ idénticos-pero-no correlacionados cosas que suceden en un determinado intervalo de tiempo, usted normalmente recibe $N\pm\sqrt$ N. Con el fin de medir una asimetría de 10-9, estás jodido por el recuento de estadísticas, a menos que tenga por lo menos 10de los 18 eventos de comparar, si usted quiere "tres-sigma importancia", entonces usted necesita otro factor de $3^2=10$ más.
Recuerde que un mol - gramo de neutrones, o dos gramos de hidrógeno molecular, o 27 gramos de aluminio, y así sucesivamente hasta la tabla periódica - sólo contiene 1024 átomos. Con confianza conteo de 10a 19 interacciones atómicas no es ninguna hazaña. Es factible, pero por lo general toma alrededor de una década de trabajo de diseño, un par de años de recopilación de datos, y un par de años de análisis.
Este enfoque no se ajusta a las interacciones gravitacionales entre los átomos cargados, por dos razones. La primera es que las estadísticas de conteo es básicamente imposible, casi literalmente, la plaza del estado de la técnica. Si usted quería buscar un gravitacional de la asimetría en la dispersión de iones de plomo, con $m/q=210$, se esperaría una asimetría de alrededor de $2\times10^{-16}$, y por lo que iba a necesitar en algún lugar alrededor de las 10de 32 interacciones - imaginar miles de toneladas de plomo, examinó un átomo en un momento. El segundo es que, por un electro-gravitacional de la asimetría, el cambio de signo en el término incorrecto: en lugar de buscar un minuto de diferencia entre los dos eventos similares, tendrías que buscar el mismo minuto de corrección como de carga y de carga opuesta interacciones. Es poco probable que usted podría medir las dos interacciones con la suficiente precisión para ser comparados entre sí. Por ejemplo, el resto de la masa de Pb+ y Pb– ion son diferentes por cinco partes por millón, sólo porque el tiene dos menos electrones que el otro.
Buscando las interacciones gravitacionales entre los átomos neutros sería más fácil, pero no millones de veces más fácil. Los átomos neutros todavía puede tener momentos magnéticos, y puede polarizan eléctricamente uno del otro en aproximación; estos efectos son bien descritos, pero no se describen en la parte por millón nivel. Además, los átomos neutros son más difíciles de empujar alrededor de los iones. Real átomo-átomo gravitacional experimento tendría que ir a través de muchos órdenes de magnitud de la actualidad-sin explorar los efectos residuales de electromagnetismo antes de que la gravedad se convirtió en medibles.
Lo que usted puede hacer es medir la atracción gravitacional entre una partícula subatómica y el resto de la Tierra, de la misma manera que mi báscula de baño mide la atracción entre mi vientre y el resto de la tierra. Hay sólo un puñado de experiencias exitosas en lo que consideramos como "semi-cuántica de la gravedad," mostrando la mecánica cuántica efectos en un Newtoniano potencial gravitatoria:
David Hammen la respuesta menciona el cesio fuente de reloj, en el que una nube de átomos se permite elevarse y caer bajo la influencia de la gravedad, pero que esencialmente es un efecto clásico. Los átomos de cesio ascenso y la caída como malabarista de las bolas.
Del mismo modo, considero que el Pound-Rebka experimentar un efecto clásico. Mientras que el proceso de detección en ese experimento se dispersión de los fotones gamma de hierro núcleos, el efecto gravitacional es un cambio de frecuencia que también es descrito por clásica, electromagnetismo, combinado con la relatividad general.
El neutrón interferómetro experimento por Colella, Overhauser, y Werner (1975), y el seguimiento de los experimentos, manifiestamente requieren tanto (newtoniano) la gravedad y la mecánica cuántica. Una viga horizontal de frío neutrones se divide y se recombinan por un solo cristal interferómetro. El interferómetro se gira de manera que uno de los salientes de la viga es horizontal, sino vertical desplazadas. De los costos de ti de la neutrones $mg \aprox 100\,\mathrm{neV/m}$ para subir el interferómetro, por lo que los neutrones que tomar el camino de abajo tiene siempre tan ligeramente menos impulso, y, por tanto, una longitud de onda diferente, $\lambda=h/p$, de los neutrones que tomar el camino de abajo; esto se traduce en un cambio en la fase del patrón de interferencia que depende del ángulo entre el dispositivo y el horizontal. Mientras que el efecto gravitacional se ha observado, no cuantitativamente coincide con la predicción de la ecuación de Schrödinger con un lineal de potencial. La especulación en la comunidad es que los interferómetros (que son mano de tamaño, y pesan varias onzas) de giro cuando se inclina, cambiar el espaciado entre las rutas de acceso y la introducción de un adicional de cambio de fase.
![COW interferometer]()
Nesvizhevsky y colaboradores (2002) (ver también aquí o aquí) presentan evidencia de que los neutrones en un gravitacional bien puede ocupar sólo discretos enlazados a los estados. Se envió una viga horizontal de ultra-frío neutrones (total de la velocidad de ~ 5 m/s, velocidad vertical muy pequeñas) a través de un espacio estrecho entre un neutrón espejo y un absorbedor de neutrones. Cuando la diferencia era grande, los neutrones podría rebotar en el espejo sin tocar el absorbedor y la transmisión a través de la brecha es grande; cuando la diferencia era pequeña, sólo los neutrones con la menor de las velocidades verticales podría disparar la brecha sin golpear el absorbedor. Para las lagunas de unas pocas decenas de micras, la transmisión de muestra evidencia de convertirse en cuantizado: la transmisión es cero hasta un cierto tamaño de espacio, a continuación, los pasos hacia el continuum de valor como el más obligado a los estados a estar disponibles.
![Neutron transmission]()
La construcción de este trabajo, Jenke et al. (2011) han utilizado una mesa vibratoria para la unidad de transiciones entre gravitacional enlazados a los estados. Greene señala que este es el primer experimento nunca a la unidad mecánica cuántica transición sin el uso de un campo electromagnético, utilizando sólo los fuertes y las fuerzas gravitacionales.
