Tvær nýjar tilraunir staðfesta þyngdarlögmál Einsteins á skammtakvarða

Tvær sjálfstæðar tilraunir sem birtar voru í vísindaritinu Science Advances í þessari viku hafa styrkt eina af meginstoðum almennu afstæðiskenningar Einsteins. Þær sýna að jafngildislögmálið, sú hugmynd að þyngdaraflið verki eins á alla hluti, nær einnig til skammtaheimsins.

Skammtahlutur í frjálsu falli

Í annarri tilrauninni smíðuðu vísindamenn við Ben-Gurion-háskólann í Negev, Oxford-háskóla og Ulm-háskóla tæki sem þeir kalla skammta-Galíleó-bylgjujafnara (e. Quantum Galileo Interferometer) til að gera fyrstu beinu mælinguna á þeim skammtafasa sem safnast í frjálslega fallandi atómbylgjupakka. Hópurinn kældi rúbidíum-87-atómar í svokallað Bose-Einstein-þétti og notaði örbylgjupúlsa til að skipta skammtabylgju hvers atóms í tvær leiðir: önnur var haldin kyrri miðað við jörðu með segulsviði, en hinni var leyft að falla frjálst undir áhrifum þyngdarafllins.thebrighterside+1

Þegar bylgjupakkarnir tveir voru sameinaðir á ný sýndi víxlmunstur þeirra um 80 radíana safnaðan fasa á meira en fimm klukkustunda mælingatímabili, sem stemmir við það gildi sem spáð var fyrir um með því að beita jafngildislögmálinu á skammtafræði. „Þessi tilraun ýtir skammtafræðinni inn á einn hennar áhugaverðasta vettvang, þyngdaraflið, og sýnir að spár hennar standast enn á ný,“ sagði Vlatko Vedral, eðlisfræðingur við Oxford-háskóla.interestingengineering+1

Atóm á braut um jörðu

Sérstaklega prófaði hópur undir forystu Ming-Sheng Zhan við Eðlis- og stærðfræðistofnun Wuhan veika jafngildislögmálið um borð í kínversku geimstöðinni. Vísindamennirnir kældu tvær samsætur rúbidíums niður í næstum algjöran kulda og slepptu þeim innan í atómbylgjujafnara, þar sem leysigeislapúlsar skiptu hvorum skýi í tvær skammtafærðir áður en þau voru sameinuð á ný. Eftir að hafa safnað gögnum í 280 daga á braut um jörðu kom í ljós að samsæturnar hröðuðust nákvæmlega eins, að innan við fimm hlutum af hverjum 100 milljónum: um þremur veldisstigum nákvæmara en nokkur fyrri tilraun með atóm í örþyngd.phys+1

Aðstæðurnar á braut um jörðu veittu mikilvægan kost: samfellt frjálst fall umhverfis jörðina gerði kleift að fylgjast með atómunum miklu lengur en nokkur rannsóknarstofa á jörðu niðri leyfir.phys

Hvað er enn ósvarað

Hvorug tilraunin samþættir skammtafræði við almennu afstæðiskenninguna. Niðurstaða Ben-Gurion-hópsins staðfestir ákveðið fasasamband sem samræmist jafngildislögmálinu, en sanna ekki að þyngdaraflið sjálft búi yfir skammtaeiginleikum. Mæling geimstöðvarinnar þrengir svigrúmið þar sem frávik frá lögmálinu gætu leynst, en lokar því ekki með öllu.thebrighterside+1

Báðir hópar benda á framtíðarverkefni sem gætu fært rannsóknarstarfið á enn krefjandi svið. Hópurinn á bak við skammta-Galíleó-bylgjujafnarann vinnur að tilraunum með nanódemanta, sem eru nægilega stórir hlutar til að prófa hvort þyngdartengd hrun á skammtaskörun eigi sér stað, eins og Sir Roger Penrose hefur sett fram. Hópur Zhans segir að lengri tími í frjálsu falli og stöðugri mælingatæki gætu aukið nákvæmnina á braut um jörðu enn frekar. Enn sem komið er hefur aldargamalt lögmál Einsteins staðist tvær tilraunir til viðbótar án þess að á það sjái.phys+1