Mokslininkai pirmą kartą išmatavo gravitacijos poveikį laisvai krintančiam kvantiniam objektui

Tarptautinė fizikų komanda pirmą kartą tiesiogiai išmatavo, kaip gravitacija veikia laisvai krintančio atomo kvantines savybes, patvirtindama, kad Einsteino ekvivalentiškumo principas galioja kvantiniame lygmenyje. Rezultatai, trečiadienį paskelbti žurnale Science Advances, yra žingsnis link supratimo, kaip gravitacija ir kvantinė mechanika galėtų būti suderintos.thequantuminsider+1

Kvantinė Galilėjaus bokšto versija

Eksperimentas, kuriam vadovavo Ben-Guriono Negevo universiteto, Ulmo universiteto ir Oksfordo universiteto mokslininkai, naudojo naujovišką prietaisą, vadinamą Kvantiniu Galilėjaus interferometru. Komanda, kurioje yra Nobelio premijos laureatas seras Rogeris Penrose'as, atšaldė rubidžio atomų debesis iki temperatūros, artimos absoliučiajam nuliui, ir patalpino juos į kvantinę superpoziciją, faktiškai leisdama kiekvienam atomui keliauti dviem keliais vienu metu.quantumzeitgeist+1

Viena kiekvieno atomo kvantinės bangos dalis buvo laikoma nejudanti naudojant magnetinius laukus, kurie atsveria gravitaciją, o kita buvo paleista aukštyn ir tada leista laisvai kristi. Kai abu keliai buvo sujungti, gautas interferencijos modelis atskleidė nedidelį kvantinės fazės skirtumą, atitinkantį prognozę, gautą iš Einsteino ekvivalentiškumo principo.interestingengineering+1

"Tai unikalus straipsnis ta prasme, kad jis sujungia sudėtingą eksperimentą su toli siekiančia teorine interpretacija apie vieną iš pačių fundamentaliausių fizikos klausimų", – pranešime teigė pagrindinis autorius Ronas Folmanas iš Ben-Guriono universiteto. Bendraautorius Vlatko Vedralas iš Oksfordo universiteto pridūrė: "Šis eksperimentas perkelia kvantinę mechaniką į vieną iš jos labiausiai intriguojančių ribų, gravitaciją, ir dar kartą parodo, kad jos prognozės pasitvirtina".thequantuminsider+2

Ką tai įrodo, o ko ne

Nors ankstesniuose eksperimentuose gravitacijai matuoti buvo naudojamos kvantinės dalelės, mokslininkai teigia, kad tai yra pirmasis tiesioginis numatytos laisvai krintančio objekto kvantinės fazės matavimas. Rezultatas nesujungia kvantinės mechanikos ir gravitacijos, taip pat neįrodo, kad pati gravitacija yra kvantinė. Tačiau jis parodo, kad Einsteino sistema išlieka nuosekli su kvantiniu elgesiu tirtomis sąlygomis.interestingengineering+2

Tyrimas taip pat neatmeta Penrose'o pasiūlymo, kad kvantinė mechanika galėtų sugriūti pakankamai masyviems objektams, pakankamai ilgai išlaikytiems superpozicijoje. Dabartinis eksperimentas nepasiekė masių ar laiko skalių, reikalingų šiai idėjai ištirti, tačiau komanda jau dirba prie tolesnių eksperimentų su sunkesniais objektais, įskaitant nanodeimantus.thequantuminsider+1

Tiltas vis dar statomas

Išvados pasirodė atsinaujinus susidomėjimui riba tarp gravitacijos ir kvantinės fizikos. Vos prieš kelias dienas atskiri tyrimai parodė, kad laisvai krintantys atomai Kinijos kosminėje stotyje Tiangong dideliu tikslumu patvirtino silpnąjį ekvivalentiškumo principą atominiu mastu. Kitas nesenas teorinis tyrimas įspėjo, kad kai kurie akivaizdūs kvantinės gravitacijos požymiai gali turėti paprastesnius paaiškinimus.sciencenews+1

Ben-Guriono eksperimentas suteikia empirinį pagrindą sričiai, kurioje ilgą laiką dominavo teorija. "Šie du šiuolaikinės fizikos ramsčiai iki šiol išvengė visų bandymų sukurti vieningą teorinę sistemą", – sakė Folmanas, – "tačiau šis sudėtingas eksperimentas suteikia daugiau užuominų, kaip tokia unifikacija galėtų būti pasiekta".thequantuminsider