Trọng lực quy mô lượng tử từ luôn là một bí ẩn đối với vật lý học, nhưng mọi thứ có thể đang bắt đầu thay đổi.

Cụ thể, trong số bốn lực cơ bản của vật lý, gồm tương tác mạnh và yếu, lực điện từ và lực hấp dẫn, chỉ có lực hấp dẫn là không được tích hợp vào Mô hình chuẩn, mô hình mô tả cách thức hoạt động của tập hợp các hạt hạ nguyên tử. Thay vào đó, lực hấp dẫn được mô tả bởi thuyết tương đối rộng của nhà bác học Einstein.

Chính vì điều này mà các nhà vật lý học phải đau đầu mỗi khi tìm hiểu về những điểm kỳ dị nằm trong tâm của các lỗ đen, hoặc tại sao lực hấp dẫn lại có sức mạnh yếu hơn nhiều so với tất cả các lực khác.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã tiến hành một thí nghiệm mới để đo lực hấp dẫn cực nhỏ giữa hai quả cầu vàng, mỗi quả có chiều ngang chỉ 2 mm. Đây có thể là thí nghiệm đầu tiên cung cấp manh mối về cách thức hoạt động của lực hấp dẫn ở quy mô hạ nquyên tử.

Để xem xét cách thức hoạt động của lực hấp dẫn ở quy mô nhỏ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phiên bản nhỏ của cân xoắn - một thiết bị do nhà khoa học người Anh Henry Cavendish sáng chế lần đầu tiên vào năm 1798 để đo mật độ của Trái đất.

Theo thí nghiệm, cân bằng lực xoắn là một thanh nằm ngang được treo từ tâm của nó bằng một sợi dây được gắn hai quả cầu bằng vàng ở mỗi đầu. Điều này có nghĩa là nếu tác dụng một lực cực nhỏ dọc theo trục ngang của thanh, dây sẽ xoắn và các nhà khoa học có thể đo lực tác dụng dựa trên mức độ quay của thanh. Bằng cách đưa một quả cầu vàng thứ ba vào gần với một trong những quả cầu được gắn vào cuối thanh, các nhà nghiên cứu có thể đo lực hấp dẫn giữa nó và quả cầu được gắn vào.

Kết quả, các nhà nghiên cứu đã phát hiện 1 lực hấp dẫn cực nhỏ, chỉ khoảng (9 x e-14) Newton, tương đương với 1/3 trọng lực tế bào máu của con người phải chịu trong trường hấp dẫn của Trái đất.

Để có được kết quả này, các nhà nghiên cứu phải giảm thiểu tiếp xúc với tiếng ồn bên ngoài, đảm bảo rằng thiết bị không tích tụ điện tích và tìm ra được tín hiệu mong muốn.

Jeremias Pfaff, một nghiên cứu sinh tại Đại học Vienna cho biết: “Đây là một thí nghiệm cho phép chúng tôi tạo ra một cảm biến có khả năng đo các gia tốc rất nhỏ và thiết lập các phương pháp, từ đó phát hiện ra các lực hấp dẫn thậm chí còn nhỏ hơn”.

Cho đến nay, ở quy mô mà nhóm nghiên cứu thực hiện, lực hấp dẫn tuân theo các quy tắc có thể dự đoán được tương tự ở quy mô lớn hơn. Các nhà vật lý hiện đang hy vọng về một thí nghiệm nhạy hơn nữa trong tương lai để họ có thể thu nhận các tín hiệu nhỏ hơn từ khối lượng nhẹ hơn ít nhất 1.000 lần và ở khoảng cách ngắn hơn.

Điều này đã cung cấp một manh mối quan trọng cho lý thuyết giải thích lực hấp dẫn ở cả quy mô nhỏ và lớn, cùng với những hiểu biết về những bí ẩn khác như sự tồn tại của vật chất tối, một dạng vật chất bí ẩn không phát ra ánh sáng nhưng lại tạo ra lực hấp dẫn.

Nghiên cứu này đã mở ra hy vọng thu hẹp khoảng cách giữa “bức tranh lớn và nhỏ” của con người về vũ trụ.

Phương Anh