Eine beeindruckende Leistung der Österreicher. Sie maßen den Gravitationseinfluss eines Objekts mit der Masse einer Biene

Die Schwerkraft ist eine jener Kräfte, deren Einfluss wir ständig spüren. Zugleich ist es eines der am wenigsten verstandenen physikalischen Phänomene. Diese schwächste aller fundamentalen Wechselwirkungen ist einer der Gründe, warum wir die allgemeine Relativitätstheorie nicht mit der Quantenmechanik vereinheitlichen können. Ihr detailliertes Verständnis ist eine der wichtigsten Herausforderungen der heutigen Physik. Daher ist es extrem wichtig, die Schwerkraft auf allen möglichen Skalen testen zu können.
 

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Bisher wurden solche Experimente auf makroskopischen Skalen durchgeführt, mit Objekten, deren Masse in Kilogramm gezählt wird. Forscher des Instituts für Optik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Fakultät für Physik der Universität Wien haben  in Nature über den Nachweis einer gravitativen Wechselwirkung zwischen zwei goldenen Kugeln mit einem Durchmesser von je 2 Millimetern berichtet. Die Masse jeder Kugel betrug weniger als 100 Milligramm.

Die Autoren des Experiments verwendeten ein ziemlich standardisiertes Gerät. In der Tat wiederholten sie das Cavendish-Experiment. Sie verwendeten eine Torsionswaage, die aus einem 4 cm langen Glasstab mit einem Durchmesser von 0,5 mm gebaut wurde. An beiden Enden des Stabes waren die erwähnten goldenen Kugeln angebracht. Der Stab war in der Mitte an einer dünnen Glasfaser aufgehängt, so dass er sich frei drehen konnte. An der Halterung wurde ein Spiegel angebracht, um das Laserlicht zu reflektieren. Der Massenschwerpunkt war eine Goldkugel mit einem Durchmesser von 2 Millimetern und einem Gewicht von 90 Mikrogramm. An der Stange befestigte Kugeln wurden in die Nähe dieser Kugel gebracht, in der Hoffnung, dass die Kugel sie anziehen würde, wodurch sich der Spiegel dreht. Dies wiederum würde verändern, wohin das Laserlicht bei der Reflexion gelangt. Diese Architektur ermöglichte extrem präzise Messungen.

Das Problem sind jedoch die externen Störungen, die irgendwie beseitigt werden müssen. Und das ist nicht einfach. Es genügt zu erwähnen, dass Menschen und Straßenbahnen, die sich um das Labor herum bewegten, die Quelle für ernsthafte seismische Störungen waren. Um diese zu minimieren, wurden die Experimente während der Weihnachtsferien nachts durchgeführt. Das Prüfgerät wurde auf einer Gummibasis in eine Vakuumkammer gestellt, die zunächst mit ionisiertem Stickstoff gefüllt wurde, um jegliche elektrische Ladung zu beseitigen. Als Vorsichtsmaßnahme wurde ein Faradayscher Käfig zwischen die Kugeln gestellt, um auszuschließen, dass sie sich durch elektrostatische Wechselwirkungen anziehen.

Obwohl man versuchte, jegliche Interferenz so gering wie möglich zu halten, wussten die Wissenschaftler, dass die Wechselwirkung zwischen solchen Lichtkugeln ebenfalls gering sein würde. Anstatt also zu messen, wie stark sie sich gegenseitig anziehen, bewegten die Wissenschaftler die Kugeln in einem regelmäßigen Muster, wobei die Frequenz der Bewegungen so gewählt wurde, dass sie sich völlig von der natürlichen Resonanz unterscheidet. Daraus ergaben sich ein zeitlich veränderliches Gravitationsfeld und Gewichtsschwingungen, erklärt Jeremias Pfaff.