Forskare har för första gången mätt gravitationens effekt på ett fallande kvantobjekt

Ett internationellt team av fysiker har för första gången direkt mätt hur gravitationen påverkar kvantegenskaperna hos en fritt fallande atom, vilket bekräftar att Einsteins ekvivalensprincip gäller i kvantvärlden. Resultaten, som publicerades på onsdagen i Science Advances, utgör ett steg mot att förstå hur gravitation och kvantmekanik så småningom kan förenas.thequantuminsider+1 ## En kvantversion av Galileos torn Experimentet, lett av forskare vid Ben-Gurion University of the Negev, University of Ulm och University of Oxford, använde en ny apparat kallad Quantum Galileo Interferometer. Teamet, som inkluderar nobelpristagaren Sir Roger Penrose, kylde ner moln av rubidiumatomer till strax över den absoluta nollpunkten och placerade dem i kvantsuperposition, vilket i praktiken lät varje atom färdas längs två banor samtidigt.quantumzeitgeist+1 En del av varje atoms kvantvåg hölls stillastående med hjälp av magnetfält som motverkade gravitationen, medan den andra sköts uppåt och sedan fick falla fritt. När de två banorna återförenades avslöjade det resulterande interferensmönstret en liten skillnad i kvantfas, vilket matchar förutsägelsen från Einsteins ekvivalensprincip.interestingengineering+1 "Detta är en unik artikel i den meningen att den kombinerar ett hårt experiment med en långtgående teoretisk tolkning om en av de mest fundamentala frågorna inom fysiken", sade huvudförfattaren Ron Folman vid Ben-Gurion University i ett uttalande. Medförfattaren Vlatko Vedral vid University of Oxford tillade: "Detta experiment driver kvantmekaniken in i en av dess mest fascinerande gränser, gravitationen, och visar att dess förutsägelser återigen håller måttet".thequantuminsider+2 ## Vad det bevisar, och vad det inte bevisar Även om tidigare experiment har använt kvantpartiklar för att mäta gravitation, säger forskarna att detta är den första direkta mätningen av den förutsagda kvantfasen hos ett fritt fallande objekt. Resultatet förenar inte kvantmekanik och gravitation, och det visar inte heller att gravitationen i sig är kvantbaserad. Det visar dock att Einsteins ramverk förblir konsistent med kvantbeteende under de testade förhållandena.interestingengineering+2 Studien utesluter inte heller ett förslag från Penrose om att kvantmekaniken kan brytas ner för tillräckligt massiva objekt som hålls i superposition tillräckligt länge. Det nuvarande experimentet nådde inte de massor eller tidsskalor som krävs för att undersöka den idén, men teamet arbetar redan på uppföljande experiment med tyngre objekt, inklusive nanodiamanter.thequantuminsider+1 ## En bro som fortfarande är under konstruktion Resultaten kommer mitt i ett förnyat intresse för gränsen mellan gravitation och kvantfysik. Bara dagar tidigare rapporterade separat forskning att fritt fallande atomer ombord på Kinas rymdstation Tiangong bekräftade den svaga ekvivalensprincipen vid atomskala med hög precision. En annan nyligen genomförd teoretisk studie varnade för att vissa till synes tecken på kvantgravitation kan ha mer ordinära förklaringar.sciencenews+1 Ben-Gurion-experimentet ger ett empiriskt fotfäste åt ett fält som länge dominerats av teori. "Dessa två pelare inom modern fysik har hittills undgått alla försök till ett enhetligt teoretiskt ramverk", sade Folman, "men detta komplexa experiment ger fler ledtrådar om hur en sådan förening kan uppnås".thequantuminsider