Du eksperimentai tikrina Einsteino gravitacijos teoriją kvantiniu mastu

Šį mėnesį paskelbti du fizikos pasiekimai išbandė Einsteino ekvivalentiškumo principą būdais, kurie anksčiau nebuvo taikyti: viena komanda išmatavo laisvai krintančio atomo kvantinę fazę, o kita sukūrė egzotinių dalelių pluoštą, galintį išplėsti tyrimus naujai materijos klasei.

Krintanti kvantinė banga patvirtina Einsteiną

Tarptautinė komanda, vadovaujama Negevo Ben-Guriono universiteto, Ulmo universiteto ir Oksfordo universiteto, pirmą kartą tiesiogiai išmatavo kvantinę fazę, kurią įgyja laisvai krintantis objektas, ir nustatė, kad ji atitinka Einsteino ekvivalentiškumo principo prognozę. Tyrimas, rugsėjo 2 d. paskelbtas žurnale Science Advances, apėmė Nobelio premijos laureato sero Rogerio Penrose'o bendraautorystę.science+2

Naudodami prietaisą, vadinamą Kvantiniu Galilėjaus interferometru, tyrėjai padalijo rubidžio atomų debesis, atšaldytus iki beveik absoliutaus nulio, į kvantines superpozicijas, leisdami vienai atomo bangos daliai laisvai kristi, o kitą išlaikydami stacionarią magnetiniu lauku. Kai abi pusės vėl susijungė, interferencijos raštas atskleidė fazių skirtumą, atitinkantį Einsteino prognozę, kad gravitacijos poveikis išnyksta laisvai krintančiam stebėtojui.scitechdaily+2

"Šis eksperimentas perkelia kvantinę mechaniką į vieną iš jos intriguojančių ribų – gravitaciją – ir dar kartą parodo, kad jos prognozės pasitvirtina", – teigė tyrimo bendraautoris Vlatko Vedral iš Oksfordo universiteto. Pagrindinis autorius Ronas Folmanas iš Ben-Guriono universiteto pavadino darbą "unikaliu straipsniu, nes jis sujungia sudėtingą eksperimentą su toli siekiančia teorine interpretacija" apie gravitacijos ir kvantinės teorijos suvienijimą.ox+1

Eksperimentas netikrina, ar pati gravitacija yra kvantinė. Jis taip pat nepasiekia masės ar laiko mastų, reikalingų Penrose'o pasiūlymui ištirti, kad kvantinė mechanika gali sugriūti pakankamai masyviems objektams, nors grupė jau dirba šio tikslo link naudodama sunkesnes daleles, pavyzdžiui, nanodeimantus.scitechdaily

Atominė patranka egzotinei materijai

Atskirai ETH Zurich ir Paul Scherrer instituto tyrėjai rugsėjo 14 d. žurnale Nature Physics pranešė sukūrę tiksliai kontroliuojamą muoninio pluoštą – egzotinį atomą, kurio masė beveik visiškai sudaryta iš muono, sunkesnio elektrono giminaičio. Niekas dar nėra tiesiogiai išbandęs, ar gravitacija veikia tokias antrosios kartos daleles taip pat.nature+1

Komanda šaudė antimuonus į dviejų milimetrų storio superfluidaus helio sluoksnį, atšaldytą iki maždaug 0,2 kelvino. Skystis išstūmė susidariusius muoninio atomus į vakuumą siauru greičių diapazonu, artimu 2,1 kilometro per sekundę, veikdamas kaip tyrėjų apibūdinta "atominė patranka". Pluoštas yra daug tvarkingesnis nei bet kas, kas anksčiau buvo pasiekta su muoniniu, kurio 2,2 mikrosekundės gyvavimo trukmė ilgą laiką darė tokius eksperimentus nepraktiškus.thebrighterside+1

"Mes žengėme svarbų žingsnį į priekį vykdydami įdomų eksperimentą", – sakė ETH Zurich profesorė Anna Soter, vadovavusi darbui. "Mes norime išmatuoti muono gravitacinę sąveiką". Komanda prognozuoja, kad po maždaug 100 dienų duomenų rinkimo ji galėtų pasiekti maždaug vieno procento tikslumą matuojant muoninio gravitacinį pagreitį, nors interferometrija ir sisteminė kontrolė, reikalinga tikram gravitacijos matavimui, dar turi būti pademonstruota.ethz+1

Dvieji fizikos ramsčiai

Nė vienas iš šių eksperimentų neišsprendžia ilgalaikio kvantinės mechanikos ir bendrosios reliatyvumo teorijos nesuderinamumo. Tačiau kartu jie žymi platesnį frontą pastangose išbandyti Einsteino gravitaciją kvantiniu mastu – nuo įprastų rubidžio atomų, patvirtinusių šimtmečio senumo prognozę, iki egzotinių trumpaamžių dalelių, kurios niekada anksčiau nebuvo svertos gravitacijos pagalba.