Newton klopt tot op de millimeter

Nieuwe metingen wijzen uit dat de zwaartekrachtwet van Newton ook voor zeer korte afstanden geldt. Theoretici hadden dat liever anders gezien....

DEZE WEEK publiceert het vakblad voor natuurkundigen Physical Review Letters een artikel dat in principe een revolutie had kunnen ontketenen. Onderzoekers van de universiteit van Washington in Seattle hebben voor het eerst de zwaartekracht gemeten tussen massa's die minder dan een millimeter van elkaar verwijderd zijn (PRL 19 februari).

Dat op zichzelf is al een primeur. Fysici hebben eeuwenlang als vanzelfsprekend aangenomen dat de zwaartekrachtwet van Isaac Newton over alle afstanden opgaat, van melkwegstelsels tot zandkorrels. Maar voor korte afstanden was die aanname nooit experimenteel getoetst, vooral ook omdat de zwaartekracht zo'n uiterst zwakke kracht is.

Eric Adleberger en Blayne Hackel van de groep in Seattle omzeilen dat laatste probleem met een uiterst subtiele meettechniek, die inmiddels door vriend en vijand is geroemd. In een vacuümvat hingen ze een vlakke massieve messing ring met tien gaten aan een draaidraad, vlak boven een identieke vaste ring.

De onderlinge aantrekking van de ringen is iets groter als de gaten precies boven elkaar liggen. Uit de manier waarop een draaiing van de bovenste ring wordt verstoord door die grotere kracht, is de aantrekking tussen de twee ringmassa's te berekenen. Bij de proeven werden de ringen in stapjes tot op 0,0218 millimeter van elkaar gebracht. Op kleinere afstanden begon statische elektriciteit te veel te storen.

Briljant vakwerk, vinden collega's die de drukproeven van het artikel hebben gelezen. Het enige probleem aan de publicatie is dat uit de krachtmetingen werkelijk niets bijzonders blijkt. De zwaartekrachtwet van Newton, die aangeeft dat de aantrekking tussen twee massa's omgekeerd evenredig is met het precieze kwadraat van hun afstand, geldt onverminderd tot zeker die 218 micrometer.

'Het mag dan de eerste meting in dit gebied zijn, voor theoretici is het toch een beetje een teleurstelling', zegt prof. dr. Sander Bais, theoreticus van de Universiteit van Amsterdam. 'Als in dit bereik iets raars was gevonden, waren we nu in rep en roer. Uiteindelijk zullen de meesten van ons hier hun schouders over ophalen.'

Afwijkingen van de Newtonse wet zou vooral belangrijk nieuws geweest zijn voor onderzoekers die werken aan zogeheten snaartheorieën. Daarin worden alle deeltjes en krachten wiskundig opgevat als eigenschappen van extreem kleine, snaarachtige objecten, die niet in de gebruikelijk drie dimensies trillen, maar wellicht in wel elf. Dat we die extra dimensies normaal niet opmerken komt, aldus de theoretici, omdat die op enige afstand te klein worden om te zien, zoals een tuinslang van een afstand ook een lijn zonder breedte lijkt.

Om dat rechtstreeks te meten, zouden experimenten nodig zijn met deeltjesversnellers die elk voorstellingsvermogen te boven gaan. De zwaartekracht zou echter een goedkope uitweg kunnen bieden, zo is de laatste jaren wel voorgesteld. Op afstanden van minder dan een millimeter zou die in het geval van twee extra dimensies niet volgens een kwadraat met de afstand afnemen, maar met een vierde macht, sneller dus.

Daarvan is in de nieuwe resultaten niets te zien. Maar extra dimensies zijn daarmee nog niet afgedaan, waarschuwt Bais. 'Het gebied om wat te zien is onder de millimeter, dat wisten we. Nu weten we dat het onder de 218 micrometer is.' En de groep in Washington kondigt al aan daar binnenkort nog ver onder gaan te duiken.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden