Eðlisfræðingar fylgjast með þyngdarafli Einsteins í skammtaheiminum í fyrsta sinn

Alþjóðlegt teymi eðlisfræðinga hefur í fyrsta sinn fylgst beint með þyngdaráhrifum sem jafngildislögmál Einsteins spáir fyrir um á skammtakvarða. Þetta veitir fágæta tilraunabrú á milli tveggja farsælustu en jafnframt ósamrýmanlegustu kenninga eðlisfræðinnar.

Í rannsókninni, sem birtist miðvikudaginn 2. september í tímaritinu Science Advances, voru notuð ofurköld rúbidíumatóm til að mæla hvernig þyngdarafl hefur áhrif á skammtafasa fallandi atóms, og kom í ljós að niðurstöðurnar samræmdust spám sem dregnar eru af almennu afstæðiskenningunni.sciencedaily+1

Atóm klofin til að prófa Einstein

Í tilrauninni, sem stýrt var af Ron Folman við Ben-Gurion-háskólann í Negev ásamt samstarfsmönnum við Oxford-háskóla, Ulm-háskóla og fleiri stofnanir, var notað tæki sem kallast Skammta-Galíleó-bylgjuvíxlmælir. Teymið kældi ský af rúbidíumatómum niður í örfá brot úr gráðu yfir alkul og kom þeim fyrir nálægt sérhannaðri atómflögu. Með því að nota örbylgjusendingar komu þeir atómunum í skammtasamskörun, ástand þar sem hvert atóm fylgdi í raun tveimur leiðum samtímis.sciencedaily

Eftir annarri leiðinni unnu segulsvið frá flögunni gegn þyngdaraflinu og héldu atóminu kyrru. Eftir hinni leiðinni var atóminu skotið upp á við með segulpúlsi og því síðan leyft að falla frjálst. Þegar leiðirnar tvær sameinuðust á ný sýndi víxlmynstrið mælanlega hliðrun á skammtafasa, hliðrun sem samsvaraði því sem jafngildislögmál Einsteins myndi spá fyrir um fyrir skammtahlut.space+1

„Þetta er einstök grein að því leyti að hún sameinar flókna tilraun og víðtæka fræðilega túlkun á einni af grundvallarspurningum eðlisfræðinnar,“ sagði Folman í yfirlýsingu.sciencedaily

Hvað þetta sannar, og hvað ekki

Teymið, sem telur meðal annars Nóbelsverðlaunahafann og eðlisfræðinginn Sir Roger Penrose, gætti þess að skilgreina takmörk árangurs síns. Niðurstaðan sameinar ekki skammtafræði og almennu afstæðiskenninguna, og hún sýnir heldur ekki fram á að þyngdaraflið sjálft lúti lögmálum skammtafræðinnar. Hún sýnir hins vegar að jafngildislögmál Einsteins er áfram samhæft við skammtahegðun við þær aðstæður sem voru prófaðar.discovermagazine+1

„Við höfum enga samkvæma kenningu sem segir okkur hvers vegna skammtaeðlisfræðin ætti að bregðast,“ sagði meðhöfundurinn Vlatko Vedral við Oxford-háskóla. „Þessi tilraun ýtir skammtafræðinni inn á eitt af hennar mest heillandi sviðum, þyngdaraflið, og sýnir að spár hennar standast enn og aftur.“sciencedaily+1

Löng leið fram undan

Penrose hefur lengi haldið því fram að skammtafræðin gæti brotnað niður þegar nægilega stórir hlutir eru í samskörun í langan tíma. Núverandi tilraun náði ekki til nógu stórra hluta til að prófa þá tilgátu, en rannsakendur vonast til að útvíkka tæknina á endanum til þyngri hluta, þar á meðal nanódemanta. Tilraunir í þeim tilgangi eru þegar hafnar við Ben-Gurion-háskólann.sciencedaily