Επιστήμονες μέτρησαν για πρώτη φορά την επίδραση της βαρύτητας σε κβαντικό αντικείμενο σε ελεύθερη πτώση

Μια διεθνής ομάδα φυσικών μέτρησε για πρώτη φορά άμεσα τον τρόπο με τον οποίο η βαρύτητα επηρεάζει τις κβαντικές ιδιότητες ενός ατόμου σε ελεύθερη πτώση, επιβεβαιώνοντας ότι η αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν ισχύει στο κβαντικό επίπεδο. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν την Τετάρτη στο Science Advances, αποτελούν ένα βήμα προς την κατανόηση του πώς η βαρύτητα και η κβαντομηχανική θα μπορούσαν τελικά να συμβιβαστούν.thequantuminsider+1

Μια κβαντική εκδοχή του πύργου του Γαλιλαίου

Το πείραμα, υπό την καθοδήγηση ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Μπεν-Γκουριόν του Νεγκέβ, το Πανεπιστήμιο του Ουλμ και το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, χρησιμοποίησε μια πρωτοποριακή συσκευή που ονομάζεται Κβαντικό Συμβολόμετρο του Γαλιλαίου. Η ομάδα, στην οποία συμμετέχει ο νομπελίστας Σερ Ρότζερ Πένροουζ, ψύχθηκε σύννεφα ατόμων ρουβιδίου λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν και τα έθεσε σε κατάσταση κβαντικής υπέρθεσης, επιτρέποντας ουσιαστικά σε κάθε άτομο να ταξιδεύει σε δύο διαδρομές ταυτόχρονα.quantumzeitgeist+1

Ένα τμήμα του κβαντικού κύματος κάθε ατόμου διατηρήθηκε στάσιμο χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία που εξουδετέρωναν τη βαρύτητα, ενώ το άλλο εκτοξεύθηκε προς τα πάνω και αφέθηκε σε ελεύθερη πτώση. Όταν οι δύο διαδρομές ενώθηκαν ξανά, το μοτίβο συμβολής που προέκυψε αποκάλυψε μια μικροσκοπική διαφορά στην κβαντική φάση, η οποία ταυτίζεται με την πρόβλεψη που προκύπτει από την αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν.interestingengineering+1

"Πρόκειται για μια μοναδική εργασία, με την έννοια ότι συνδυάζει ένα δύσκολο πείραμα με μια εκτενή θεωρητική ερμηνεία, σχετικά με ένα από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα στη φυσική", δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο επικεφαλής συγγραφέας Ρον Φόλμαν από το Πανεπιστήμιο Μπεν-Γκουριόν. Ο συν-συγγραφέας Βλάτκο Βέντραλ από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης πρόσθεσε: "Αυτό το πείραμα ωθεί την κβαντομηχανική σε ένα από τα πιο ενδιαφέροντα σύνορά της, τη βαρύτητα, και δείχνει ότι, για άλλη μια φορά, οι προβλέψεις της ισχύουν".thequantuminsider+2

Τι αποδεικνύει και τι όχι

Αν και προηγούμενα πειράματα έχουν χρησιμοποιήσει κβαντικά σωματίδια για τη μέτρηση της βαρύτητας, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτή είναι η πρώτη άμεση μέτρηση της προβλεπόμενης κβαντικής φάσης ενός αντικειμένου σε ελεύθερη πτώση. Το αποτέλεσμα δεν ενοποιεί την κβαντομηχανική και τη βαρύτητα, ούτε αποδεικνύει ότι η ίδια η βαρύτητα είναι κβαντική. Δείχνει, ωστόσο, ότι το πλαίσιο του Αϊνστάιν παραμένει συνεπές με την κβαντική συμπεριφορά υπό τις συνθήκες που εξετάστηκαν.interestingengineering+2

Η μελέτη επίσης δεν αποκλείει μια πρόταση του Πένροουζ ότι η κβαντομηχανική θα μπορούσε να καταρρεύσει για αντικείμενα με επαρκή μάζα που διατηρούνται σε υπέρθεση για αρκετό χρόνο. Το τρέχον πείραμα δεν έφτασε στις μάζες ή τα χρονικά διαστήματα που απαιτούνται για να διερευνηθεί αυτή η ιδέα, αλλά η ομάδα εργάζεται ήδη σε πειράματα συνέχειας χρησιμοποιώντας βαρύτερα αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένων νανοδιαμαντιών.thequantuminsider+1

Μια γέφυρα υπό κατασκευή

Τα ευρήματα έρχονται εν μέσω ανανεωμένου ενδιαφέροντος για τα όρια μεταξύ βαρύτητας και κβαντικής φυσικής. Μόλις λίγες ημέρες νωρίτερα, ανεξάρτητη έρευνα ανέφερε ότι άτομα σε ελεύθερη πτώση στον κινεζικό διαστημικό σταθμό Τιανγκόνγκ επιβεβαίωσαν την ασθενή αρχή της ισοδυναμίας σε ατομική κλίμακα με υψηλή ακρίβεια. Μια άλλη πρόσφατη θεωρητική μελέτη προειδοποίησε ότι ορισμένες εμφανείς ενδείξεις κβαντικής βαρύτητας μπορεί να έχουν πιο συνηθισμένες εξηγήσεις.sciencenews+1

Το πείραμα του Μπεν-Γκουριόν προσθέτει ένα εμπειρικό στήριγμα σε έναν τομέα που κυριαρχείται εδώ και καιρό από τη θεωρία. "Αυτοί οι δύο πυλώνες της σύγχρονης φυσικής έχουν μέχρι στιγμής διαφύγει από κάθε προσπάθεια για ένα ενοποιημένο θεωρητικό πλαίσιο", δήλωσε ο Φόλμαν, "αλλά αυτό το σύνθετο πείραμα δίνει περισσότερες ενδείξεις για το πώς μπορεί να επιτευχθεί μια τέτοια ενοποίηση".thequantuminsider