ローレンス・バークレー国立研究所とカリフォルニア大学の物理学者たちは、これまでに測定された中で最も弱い力、わずか42ヨクトニュートンを記録した。これは、ちり一粒の重さより何十億倍も弱い作用に相当する。この実験により、科学者たちは標準量子限界として知られる精度の根本的な壁に近づいた。
測定の基盤となったのは、絶対零度近くまで冷却された1200個のルビジウム原子からなる機械的振動子だった。原子の雲はレーザー光線による光トラップに保持された。外部からの力はレーザーの一つを変調することで加えられ、その応答はプローブによって記録された。このような構造により、系を外部ノイズから隔離し、測定そのものが振動子に及ぼす逆影響を最小限に抑えることができた。
標準量子限界はハイゼンベルクの不確定性原理から生じる。すなわち、測定そのものが対象を不可避的に乱すのである。通常の装置では、これが弱い信号を覆い隠す「逆揺らぎ影響」を生み出す。カリフォルニアのチームは、わずか1200個の原子とレーザーによる隔離を用いることでこの障壁の一部を克服し、従来の記録の四倍の感度を実現した。
この成果は、アインシュタインが予言した時空の「さざ波」である重力波をより精密に検出する道を開く。現在の干渉計は、初期宇宙からの最も弱い信号をまだ確実に捉えることができない。新たな感度はこの状況を変える可能性がある。
著者たちは、光検出器のさらなる改良によって理論限界にいっそう近づけると指摘している。理論家たちは1980年にこうした測定の可能性を予言していたが、実際の実験にはさらに三十年を要した。
この研究はScience誌に掲載され、量子の制約は絶対的なものではなく、巧みな工学的解決策によって回避できることを示している。
