Эксперимент с атомами рубидия подтвердил предсказание принципа эквивалентности Эйнштейна для квантового объекта. Исследователи разделили атомную волну на два пути, один из которых удерживали неподвижным, а другой позволили свободно падать под действием гравитации. После объединения волн измеренная разность их квантовых фаз совпала с теоретическим расчётом.
Квантовая фаза показывает положение волны в пределах её цикла. Зафиксированное различие между двумя частями волны стало первым прямым измерением предсказанной фазы свободно падающего объекта. Ранее квантовые частицы уже применяли для изучения гравитации, однако в этом случае непосредственно сравнили свободно падающую атомную волну с неподвижной.
Работу выполнили специалисты Университета имени Бен-Гуриона в Негеве, Университета Ульма и Оксфордского университета. Среди соавторов — лауреат Нобелевской премии профессор сэр Роджер Пенроуз. Результаты опубликовали 2 сентября 2026 года в журнале Science Advances, о чём сообщило SciTechDaily.
Для опыта учёные использовали интерферометр «Квантовый Галилей», способный разделять и снова соединять атомные волны. Облако атомов рубидия охладили почти до абсолютного нуля и поместили рядом со специально созданным атомным чипом. Микроволновые импульсы перевели атомы в состояние квантовой суперпозиции, при котором каждая частица фактически следовала сразу по двум траекториям.
Одну часть волны удерживали на месте с помощью направленной вверх магнитной силы, компенсировавшей действие гравитации. Вторую часть сначала подняли магнитным импульсом, а затем перевели в состояние, почти не реагировавшее на магнитное поле, после чего она свободно двигалась вверх и вниз под действием гравитации. Когда обе части снова встретились, их интерференционная картина позволила определить накопившуюся разность фаз.
Принцип эквивалентности утверждает, что для свободно падающего наблюдателя действие гравитации локально исчезает. Совпадение измеренного результата с расчётом показывает, что этот принцип согласуется с квантовой механикой в проверенных условиях. «У нас нет непротиворечивой теории, которая объясняла бы, почему квантовая физика должна дать сбой. Этот эксперимент выводит квантовую механику на один из самых интригующих рубежей — к гравитации — и вновь показывает, что её предсказания выполняются», — заявил соавтор исследования профессор Влатко Ведрал из Оксфордского университета.
Опыт не создал единой теории гравитации и квантовой механики и не доказал, что сама гравитация является квантовой. Он также не позволил проверить гипотезу Пенроуза о возможном нарушении квантовой механики для достаточно массивных объектов, долго сохраняющих суперпозицию. Использованные атомы рубидия не достигли необходимых для такой проверки масс и временных масштабов, поэтому исследователи планируют применить метод к более тяжёлым объектам, включая нанокристаллы алмаза; соответствующий эксперимент уже ведётся в той же группе Университета имени Бен-Гуриона.