Για πρώτη φορά φυσικοί παρατηρούν τη βαρύτητα του Αϊνστάιν στον κβαντικό κόσμο

Μια διεθνής ομάδα φυσικών παρατήρησε για πρώτη φορά απευθείας ένα βαρυτικό φαινόμενο που προβλέπεται από την αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν να λειτουργεί σε κβαντική κλίμακα, προσφέροντας μια σπάνια πειραματική γέφυρα ανάμεσα σε δύο από τις πιο επιτυχημένες αλλά ασύμβατες θεωρίες της φυσικής.

Η έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε την Τετάρτη 2 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Science Advances, χρησιμοποίησε υπερψυχρά άτομα ρουβιδίου για να μετρήσει πώς η βαρύτητα επηρεάζει την κβαντική φάση ενός ατόμου που πέφτει, και διαπίστωσε ότι τα αποτελέσματα συμφωνούν με τις προβλέψεις που προκύπτουν από τη γενική σχετικότητα.sciencedaily+1

Διασπώντας άτομα για τη δοκιμή του Αϊνστάιν

Το πείραμα, με επικεφαλής τον Ρον Φόλμαν από το Πανεπιστήμιο Μπεν Γκουριόν της Νεγκέβ και συνεργάτες από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, το Πανεπιστήμιο του Ουλμ και άλλα ιδρύματα, χρησιμοποίησε μια συσκευή που ονομάζεται Κβαντικό Συμβολόμετρο Γαλιλαίου. Η ομάδα έψυξε νέφη ατόμων ρουβιδίου ελάχιστα πάνω από το απόλυτο μηδέν και τα τοποθέτησε κοντά σε ένα ειδικά σχεδιασμένο μικροτσίπ ατόμων. Χρησιμοποιώντας μικροκυματικούς παλμούς, έθεσαν τα άτομα σε κβαντική υπέρθεση, μια κατάσταση στην οποία κάθε άτομο ακολουθούσε ουσιαστικά δύο διαδρομές ταυτόχρονα.sciencedaily

Στη μία διαδρομή, μαγνητικά πεδία που δημιουργούνταν από το τσιπ εξουδετέρωναν τη βαρύτητα, κρατώντας το άτομο στάσιμο. Στην άλλη, το άτομο εκτοξευόταν προς τα πάνω από έναν μαγνητικό παλμό και στη συνέχεια αφεθεί να πέσει ελεύθερα. Όταν οι δύο διαδρομές επανενώθηκαν, το μοτίβο συμβολής που προέκυψε αποκάλυψε μια μετρήσιμη μετατόπιση στην κβαντική φάση, η οποία ταυτιζόταν με αυτό που θα προέβλεπε η αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν για ένα κβαντικό αντικείμενο.space+1

«Πρόκειται για μια μοναδική εργασία, με την έννοια ότι συνδυάζει ένα δύσκολο πείραμα με μια ευρείας εμβέλειας θεωρητική ερμηνεία, σχετικά με ένα από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα στη φυσική», δήλωσε ο Φόλμαν.sciencedaily

Τι αποδεικνύει και τι όχι

Η ομάδα, στην οποία συμμετέχει ο βραβευμένος με Νόμπελ φυσικός Σερ Ρότζερ Πένροουζ, ήταν προσεκτική στον καθορισμό των ορίων του επιτεύγματός της. Το αποτέλεσμα δεν ενοποιεί την κβαντομηχανική με τη γενική σχετικότητα, ούτε αποδεικνύει ότι η ίδια η βαρύτητα είναι κβαντική. Δείχνει ότι η αρχή της ισοδυναμίας του Αϊνστάιν παραμένει συμβατή με την κβαντική συμπεριφορά υπό τις συνθήκες που δοκιμάστηκαν.discovermagazine+1

«Δεν έχουμε καμία συνεπή θεωρία που να μας λέει γιατί η κβαντική φυσική θα έπρεπε να αποτύχει», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Βλάτκο Βέντραλ από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. «Αυτό το πείραμα ωθεί την κβαντομηχανική σε ένα από τα πιο συναρπαστικά σύνορά της, τη βαρύτητα, και δείχνει ότι, για άλλη μια φορά, οι προβλέψεις της επιβεβαιώνονται».sciencedaily+1

Ένας μακρύς δρόμος μπροστά

Ο Πένροουζ υποστηρίζει εδώ και καιρό ότι η κβαντομηχανική θα μπορούσε να καταρρεύσει όταν αντικείμενα με επαρκή μάζα διατηρούνται σε υπέρθεση για παρατεταμένες περιόδους. Το τρέχον πείραμα δεν περιλάμβανε αντικείμενα αρκετά μεγάλα ώστε να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση, αλλά οι ερευνητές ελπίζουν τελικά να επεκτείνουν την τεχνική σε βαρύτερα αντικείμενα, συμπεριλαμβανομένων των νανοδιαμαντιών. Πειράματα που επιδιώκουν αυτόν τον στόχο βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη στο Πανεπιστήμιο Μπεν Γκουριόν.sciencedaily