Tutkijat mittasivat ensimmäistä kertaa painovoiman vaikutuksen vapaasti putoavaan kvanttikohteeseen

Kansainvälinen fyysikoiden ryhmä on ensimmäistä kertaa mitannut suoraan, miten painovoima vaikuttaa vapaasti putoavan atomin kvanttiominaisuuksiin, vahvistaen Einsteinin ekvivalenssiperiaatteen pätevyyden kvanttitasolla. Science Advances -lehdessä keskiviikkona julkaistut tulokset ovat askel kohti ymmärrystä siitä, miten painovoima ja kvanttimekaniikka voisivat lopulta yhdistyä.thequantuminsider+1

Galileon tornin kvanttiversio

Ben-Gurionin yliopiston, Ulmin yliopiston ja Oxfordin yliopiston tutkijoiden johtamassa kokeessa käytettiin uudenlaista laitetta nimeltä kvantti-Galileo-interferometri. Ryhmä, johon kuuluu myös Nobel-palkittu Sir Roger Penrose, jäähdytti rubidiumatomipilviä lähelle absoluuttista nollapistettä ja asetti ne kvanttisuperpositioon, mikä mahdollisti jokaisen atomin kulkemisen kahta polkua pitkin samanaikaisesti.quantumzeitgeist+1

Toinen osa kunkin atomin kvanttiaallosta pidettiin paikallaan magneettikenttien avulla, jotka kumosivat painovoiman, kun taas toinen osa laukaistiin ylöspäin ja annettiin pudota vapaasti. Kun polut yhdistettiin, syntynyt interferenssikuvio paljasti pienen eron kvanttivaiheessa, mikä vastasi Einsteinin ekvivalenssiperiaatteesta johdettua ennustetta.interestingengineering+1

"Tämä on ainutlaatuinen artikkeli siinä mielessä, että se yhdistää kovan kokeellisen tutkimuksen ja pitkälle menevän teoreettisen tulkinnan yhdestä fysiikan perustavanlaatuisimmista kysymyksistä", totesi Ben-Gurionin yliopiston johtava tutkija Ron Folman lausunnossaan. Kanssatutkija Vlatko Vedral Oxfordin yliopistosta lisäsi: "Tämä koe vie kvanttimekaniikan yhdelle sen kiehtovimmista rajoista, painovoimaan, ja osoittaa, että sen ennusteet pitävät jälleen paikkansa".thequantuminsider+2

Mitä se todistaa ja mitä ei

Vaikka aiemmissa kokeissa on käytetty kvanttihiukkasia painovoiman mittaamiseen, tutkijoiden mukaan tämä on ensimmäinen suora mittaus vapaasti putoavan kohteen ennustetusta kvanttivaiheesta. Tulos ei yhdistä kvanttimekaniikkaa ja painovoimaa, eikä se osoita painovoiman itsessään olevan kvanttiluonteinen. Se kuitenkin osoittaa, että Einsteinin viitekehys pysyy johdonmukaisena kvanttikäyttäytymisen kanssa testatuissa olosuhteissa.interestingengineering+2

Tutkimus ei myöskään sulje pois Penrosen ehdotusta, jonka mukaan kvanttimekaniikka voisi rikkoutua riittävän massiivisilla kohteilla, jotka pidetään superpositiossa riittävän pitkään. Nykyinen koe ei saavuttanut massoja tai aikaskaaloja, joita kyseisen idean testaaminen vaatisi, mutta ryhmä työskentelee jo jatkokokeiden parissa käyttäen raskaampia kohteita, kuten nanodiamantteja.thequantuminsider+1

Silta on yhä rakenteilla

Tulokset tulevat aikana, jolloin kiinnostus painovoiman ja kvanttifysiikan välistä rajaa kohtaan on kasvanut. Vain päiviä aiemmin erillisessä tutkimuksessa raportoitiin, että Kiinan Tiangong-avaruusasemalla vapaasti putoavat atomit vahvistivat heikon ekvivalenssiperiaatteen atomitasolla suurella tarkkuudella. Toinen tuore teoreettinen tutkimus varoitti, että joillakin kvanttipainovoiman näennäisillä merkeillä voi olla arkisempia selityksiä.sciencenews+1

Ben-Gurionin koe tuo empiiristä pohjaa alalle, jota on pitkään hallinnut teoria. "Nämä kaksi modernin fysiikan pilaria ovat tähän asti välttäneet kaikki yritykset luoda yhtenäinen teoreettinen viitekehys", Folman sanoi, "mutta tämä monimutkainen koe antaa lisää vihjeitä siitä, miten tällainen yhdistäminen voitaisiin saavuttaa".thequantuminsider