Istraživači su razvili senzor koji pomoću snažno usporene svjetlosti bilježi vrlo male gravitacijske sile. U pokusu su izmjerili privlačenje tijela milimetarskih dimenzija, a najmanja razlučiva promjena sile iznosila je 3,02 × 10⁻¹⁶ njutna.
Uređaj opisan u časopisu Nature Nanotechnology povezuje torzijsko njihalo s optičkom mikrošupljinom. Načelo torzijskog mjerenja poznato je stoljećima: gravitacijsko privlačenje uzrokuje zakretanje osjetljivog njihala. Novost je način na koji se to iznimno malo gibanje pretvara u mjerljiv optički signal.
Gravitaciju velikih tijela lako opažamo, ali privlačenje koje stvara malen predmet vrlo je slabo. Za njegovo mjerenje potrebno je razlučiti sićušan pomak od smetnji i šuma samog instrumenta. U novom pristupu važnu ulogu imaju optička svojstva sustava u kojem se povezuju svjetlost i mehaničke vibracije.
Što znači "zaustavljena svjetlost"
Autori pojavu nazivaju zaustavljenom svjetlošću, no u prikazanom pokusu njezina grupna brzina nije pala na nulu. Smanjena je na približno 2000 metara u sekundi. Grupna brzina opisuje širenje ovojnice svjetlosnog impulsa kroz sustav; taj podatak ne znači da je promijenjena brzina svjetlosti u vakuumu.
Takvo ponašanje nastaje pri povezivanju optičke i mehaničke rezonancije. Promjene u sustavu tada snažno utječu na optički odziv, što olakšava očitavanje pomaka. Senzor se, dakle, ne oslanja na neposredno gledanje njihala, nego na promjenu signala povezanu s njegovim položajem.
Optička mikrošupljina stvara polje koje vrlo brzo slabi s udaljenošću od njezine površine. Pomaci na nanometarskoj skali mijenjaju vezu s tim poljem. U istraživanju je karakteristična duljina te veze iznosila oko 100 nanometara.
Zbog naglog slabljenja polja i malen pomak može izazvati prepoznatljivu promjenu optičkog signala. To omogućuje osjetljivo očitavanje mehaničkog dijela senzora, premda i dalje treba pažljivo odvojiti gravitacijski učinak od drugih utjecaja.
Pokus s pomicanjem izvora gravitacije
Tim Yichenga Zhua i suradnika periodično je mijenjao položaj malog tijela koje je stvaralo gravitacijsku silu. Tako se traženi signal mogao povezati s ponavljajućom promjenom položaja izvora, umjesto da se zaključak temelji samo na jednom opaženom otklonu.
Autori navode osjetljivost očitavanja pomaka od 7,85 pikometara po korijenu herca. Pikometar je milijunti dio mikrometra. Dodatak "po korijenu herca" opisuje šum mjerenja u odnosu na frekvencijsku širinu, pa taj broj nije isto što i najmanji pomak koji će instrument razlučiti u svim uvjetima.
Rad je objavljen 29. rujna, a predstavlja laboratorijsku demonstraciju mjerenja klasične gravitacijske sile. Autori kao moguću buduću primjenu navode istraživanje gravitacijskih učinaka sve manjih objekata, uključujući eksperimente povezane s njihovim kvantnim stanjem. Za takve pokuse trebat će, osim osjetljivog očitavanja, pokazati da se mogu dovoljno dobro nadzirati svi drugi izvori sile i šuma.
