Wissenschaftler messen erstmals Gravitationseffekt auf ein fallendes Quantenobjekt

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals direkt gemessen, wie die Schwerkraft die Quanteneigenschaften eines frei fallenden Atoms beeinflusst, und damit bestätigt, dass das Einsteinsche Äquivalenzprinzip auch im Quantenbereich gilt. Die Ergebnisse, die am Mittwoch in Science Advances veröffentlicht wurden, stellen einen Schritt zum Verständnis dar, wie Gravitation und Quantenmechanik schließlich in Einklang gebracht werden könnten.thequantuminsider+1 ## Eine Quantenversion von Galileos Turm Das Experiment, das von Forschern der Ben-Gurion-Universität des Negev, der Universität Ulm und der Universität Oxford geleitet wurde, verwendete ein neuartiges Gerät namens Quantum Galileo Interferometer. Das Team, zu dem auch der Nobelpreisträger Sir Roger Penrose gehört, kühlte Wolken aus Rubidiumatomen bis knapp über den absoluten Nullpunkt ab und versetzte sie in eine Quantensuperposition, wodurch jedes Atom effektiv zwei Pfade gleichzeitig zurücklegen konnte.quantumzeitgeist+1 Ein Teil der Quantenwelle jedes Atoms wurde mithilfe von Magnetfeldern, die der Schwerkraft entgegenwirkten, stationär gehalten, während der andere Teil nach oben geschossen wurde und dann frei fallen konnte. Als die beiden Pfade wieder zusammengeführt wurden, enthüllte das resultierende Interferenzmuster einen winzigen Unterschied in der Quantenphase, der mit der Vorhersage aus dem Einsteinschen Äquivalenzprinzip übereinstimmt.interestingengineering+1 "Dies ist ein einzigartiges Papier, in dem Sinne, dass es ein hartes Experiment mit einer weitreichenden theoretischen Interpretation zu einer der grundlegendsten Fragen der Physik verbindet", sagte Hauptautor Ron Folman von der Ben-Gurion-Universität in einer Erklärung. Ko-Autor Vlatko Vedral von der Universität Oxford fügte hinzu: "Dieses Experiment stößt die Quantenmechanik in eine ihrer faszinierendsten Grenzen vor, die Gravitation, und zeigt, dass ihre Vorhersagen wieder einmal Bestand haben".thequantuminsider+2 ## Was es beweist – und was nicht Während frühere Experimente Quantenteilchen zur Messung der Schwerkraft verwendet haben, sagen die Forscher, dass dies die erste direkte Messung der vorhergesagten Quantenphase eines frei fallenden Objekts ist. Das Ergebnis vereint Quantenmechanik und Gravitation nicht, noch beweist es, dass die Gravitation selbst quantisiert ist. Es zeigt jedoch, dass Einsteins Rahmenwerk unter den getesteten Bedingungen konsistent mit dem Quantenverhalten bleibt.interestingengineering+2 Die Studie schließt auch nicht einen Vorschlag von Penrose aus, dass die Quantenmechanik für ausreichend massive Objekte, die lange genug in Superposition gehalten werden, zusammenbrechen könnte. Das aktuelle Experiment erreichte nicht die Massen oder Zeitskalen, die erforderlich sind, um diese Idee zu untersuchen, aber das Team arbeitet bereits an Folgeexperimenten mit schwereren Objekten, einschließlich Nanodiamanten.thequantuminsider+1 ## Eine Brücke, die noch im Bau ist Die Ergebnisse kommen inmitten eines erneuten Interesses an der Grenze zwischen Gravitation und Quantenphysik. Nur wenige Tage zuvor berichtete eine separate Forschung, dass frei fallende Atome an Bord der chinesischen Raumstation Tiangong das schwache Äquivalenzprinzip auf atomarer Ebene mit hoher Präzision bestätigten. Eine weitere kürzlich durchgeführte theoretische Studie warnte davor, dass einige scheinbare Anzeichen von Quantengravitation gewöhnlichere Erklärungen haben könnten.sciencenews+1 Das Ben-Gurion-Experiment verleiht einem Feld, das lange von der Theorie dominiert wurde, ein empirisches Standbein. "Diese beiden Säulen der modernen Physik haben sich bisher allen Versuchen eines einheitlichen theoretischen Rahmens entzogen", sagte Folman, "aber dieses komplexe Experiment gibt weitere Hinweise darauf, wie eine solche Vereinigung erreicht werden könnte".thequantuminsider