Trong số bốn lực cơ bản của vũ trụ - hấp dẫn, điện từ, và lực hạt nhân mạnh và yếu - lực hấp dẫn là lực chúng ta quen thuộc nhất trong cuộc sống hàng ngày, nhưng lại là lực duy nhất mà hiện tại chúng ta không thể giải thích được bằng Mô hình Chuẩn của vật lý hạt, hệ thống mô tả vũ trụ tốt nhất của chúng ta hiện nay. Việc tìm ra cách để tích hợp lực hấp dẫn vào Mô hình Chuẩn sẽ đạt được một ‘Chén Thánh’ của khoa học - một Lý Thuyết Vạn Vật.

Nếu một lý thuyết hấp dẫn lượng tử tồn tại, manh mối sẽ ẩn giấu ở những quy mô nhỏ nhất, trong các tương tác hấp dẫn giữa các nguyên tử và hạt. Vấn đề là, những tương tác nhỏ bé đó bị lu mờ bởi ảnh hưởng hấp dẫn khổng lồ của Trái Đất. Điều này giống như việc cố gắng ghi lại tiếng bước chân của một con bọ dưới tiếng động cơ máy bay đang nổ. Nếu bạn đang cố gắng đo lường điện từ giữa các hạt, bạn có thể thiết lập một hộp chặn mọi nhiễu loạn bên ngoài, nhưng bạn không thể làm điều đó với hấp dẫn.

Nhưng bây giờ, các nhà khoa học đã phát triển một loại thí nghiệm mới có thể loại bỏ ảnh hưởng của trọng lực Trái Đất để tiết lộ tương tác hấp dẫn giữa các vật thể nhỏ. Mẹo là làm bay hơi một hạt từ tính trong một bẫy siêu dẫn, cô lập nó hoàn toàn khỏi điện từ bên ngoài, nhiệt và rung động, và quay một trọng lượng 2.4 kg trên một bánh xe để xem liệu hạt có di chuyển không. Và quả thực, nhóm nghiên cứu đã đo được một lực hấp dẫn yếu chỉ 30 attonewton (aN) tác động lên hạt này tại các điểm tương ứng với khi trọng lượng lớn hơn ở gần nhất với nó.

Với trọng lượng chỉ 0.43 milligram, đây dễ dàng là khối lượng nhỏ nhất mà lực hấp dẫn đã được đo lường cho đến nay. Kỷ lục trước đó là 90 milligram - khoảng trọng lượng của một con bọ cánh cứng. Một nghiên cứu gần đây khác đã đo được sự khác biệt trong quá trình trôi qua của thời gian, do sự khác biệt về trọng lực, trên khoảng cách nhỏ chỉ 1 mm. Phép đo nhỏ bé này, đưa thế giới tiến gần hơn đến thế giới lượng tử. Nếu trọng lực có thể được đo lường trên các đối tượng nhỏ đến vậy, các nhà khoa học cuối cùng có thể bắt đầu tích hợp lực lạ này vào mô hình vũ trụ của chúng ta và xây dựng một Lý thuyết vạn vật chính xác.

“Trong một thế kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng và thất bại trong việc hiểu cách hấp dẫn và cơ học lượng tử làm việc cùng nhau,” Tim Fuchs, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Bây giờ chúng tôi đã thành công trong việc đo lường các tín hiệu hấp dẫn ở khối lượng nhỏ nhất từng được ghi nhận, điều này có nghĩa là chúng tôi đã tiến gần hơn một bước đến việc cuối cùng hiểu cách nó hoạt động cùng nhau. Từ đây chúng tôi sẽ bắt đầu thu nhỏ nguồn sử dụng kỹ thuật này cho đến khi chúng tôi đạt được thế giới lượng tử ở cả hai phía."

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Physics và mở ra một kỷ nguyên mới cho việc khám phá lực hấp dẫn và thế giới lượng tử.