Galileo Galilei dhe Isak Njutoni e njohën këtë universalitet të rënies së lirë, dhe Albert Ajnshtajni e bëri atë themelin e teorisë së tij të gravitetit: masa gravitacionale dhe inerciale janë ekuivalente. Megjithatë, ky parim i ekuivalencës deri më tani ka qenë i verifikueshëm vetëm në një lloj të vetëm materie – të njëjtën materie nga e cila jemi bërë edhe ne vetë.
Në fizikën e grimcave, protonet, neutronet dhe elektronet përbëjnë gjeneratën e parë. Modeli Standard njeh gjithashtu dy familje të tjera, anëtarët e të cilave ndryshojnë nga të afërmit e tyre më të lehtë kryesisht në masën e tyre më të madhe. Muoni, për shembull, është vëllai/motra më e rëndë e elektronit dhe i përket gjeneratës së dytë. “Ne fizikantët ende nuk e kuptojmë pse ekzistojnë fare këto gjenerata shtesë”, thotë Anna Soter e ETH Zurich, “dhe pse janë tre gjithsej?”
Nëse graviteti vepron mbi grimcat më të rënda në të njëjtën mënyrë si mbi ato më të lehta, nuk është matur kurrë. Soter dhe grupi i saj, të cilët kryejnë kërkime në Institutin Paul Scherrer (PSI) në Villigen të Zvicrës, duan ta ndryshojnë këtë. Ata tani kanë krijuar kushtet e nevojshme për ta bërë këtë me një rreze të re grimcash.
Muoniumi, një atom ekzotik
Në fizikën e grimcave, vetëm grimcat elektrikisht neutrale mund të hidhen. Edhe fushat e dobëta elektromagnetike të humbura kanë një efekt kaq shumë më të fortë mbi grimcat e ngarkuara sesa graviteti, saqë efekti i tyre maskohet plotësisht. Prandaj, objekti i zgjedhur është muoniumi Studiuesit e përcaktojnë këtë si një atom artificial në të cilin një antimion i ngarkuar pozitivisht merr rolin e bërthamës dhe një elektron rrotullohet rreth tij. “Muoniumi ekzotik është shumë i përshtatshëm për këtë sepse është një atom neutral”, thotë Soter.
Dy vështirësi e kanë penguar projektin deri më tani. E para është jetëgjatësia: muonet dhe antipjesëzat e tyre zbërthehen pas 2.2 mikrosekondave. E dyta ka të bëjë me burimin. Metodat e mëparshme dhanë atome muoniumi që fluturonin në të gjitha drejtimet me shpejtësi shumë të ndryshme. Një tufë e tillë ishte e papërdorshme për një matje që synonte të regjistronte në fund të fundit forcat më të dobëta të njohura.
Helium superfluid
Në PSI, një rreze është gjeneruar me sukses që përmbush kërkesat, siç raporton ekipi në revistën Nature Physics. Çelësi qëndron në një shtresë të hollë heliumi që është ftohur në zero absolute në minus 273 gradë Celsius. Në këtë gjendje, elementi bëhet superfluid, duke u sjellë si një lëng kuantik, “në të cilin atomet individuale të heliumit humbasin identitetin e tyre dhe që nuk i pëlqen papastërtitë brenda”, shpjegon Jesse Zhang, autori i parë i studimit.
Studiuesit po e shfrytëzojnë këtë. Antimionet e prodhuara në përshpejtues hidhen në helium dhe ngadalësohen atje. Nëse një antimion përplaset me një elektron të lirë, krijohet muoniumi dhe lëngu menjëherë e detyron grimcën e huaj të dalë mbrapsht. Në sipërfaqe, ky presion – fizikisht, potenciali kimik i atomit – shndërrohet në energji kinetike. Muoniumi hidhet vertikalisht në vakum. “Pra, ne po e përdorim potencialin kimik si një top atomik”, thotë Zhang.
Meqenëse atomet përshkojnë lëngun kuantik pa përplasje, ato arrijnë në sipërfaqe para se të ketë kaluar jeta e tyre prej 2.2 mikrosekondash. Rezultati është një rreze e ftohtë. “Në këtë rast, ‘i ftohtë’ do të thotë që atomet përhapen me shpejtësi të ngjashme, pothuajse paralel me njëri-tjetrin”, thotë Soter. Vetëm ky rend e bën eksperimentin e planifikuar realist.
Testi i gravitetit i planifikuar
Për të kryer matjet e nevojshme, grupi aktualisht po ndërton një interferometër, një instrument i projektuar për të vizualizuar efektet e gravitetit. Ai shfrytëzon faktin se atomet nuk janë vetëm grimca, por kanë edhe veti valore: ndarja dhe rikombinimi i rrezes krijon një model të rregullt. Graviteti i Tokës e zhvendos pak këtë model, dhe madhësia e këtij zhvendosjeje tregon forcën e efektit të gravitetit në muonium, një grimcë e gjeneratës së dytë. Sipas Soter, testet fillestare të metodës në rrezen atomike janë planifikuar për këtë vit, me eksperimentin aktual të gravitetit të planifikuar për dy ose tre vjet nga tani.
Muoniumi duhet të bjerë si çdo gur tjetër. Nëse nuk bie, zbulimi do të ishte edhe më domethënës. Përveç shpjegimeve të tjera, një bashkëveprim i pestë themelor do të vihej në pikëpyetje, përveç gravitetit, elektromagnetizmit dhe bashkëveprimeve të forta dhe të dobëta. Një forcë e tillë është postuluar vazhdimisht, por nuk është provuar kurrë.
Vetë Soter po i mban pritjet e ulëta. “Unë jam plotësisht mendjehapur,” thotë ajo, “thjesht dua të jem e para që mat nëse ekuivalenca midis masës gravitacionale dhe asaj inerciale vlen edhe për gjeneratën e dytë të grimcave. Vetëm kjo është një punë mjaft frymëzuese.”
