Международная группа ученых впервые напрямую зафиксировала давно предсказанный гравитационный эффект в падающем квантовом объекте. В исследовании участвовал лауреат Нобелевской премии по физике сэр Роджер Пенроуз. Работа, проведенная специалистами Университета имени Бен-Гуриона в Негеве, Ульмского и Оксфордского университетов, опубликована 2 сентября в журнале Science Advances. Фото: ScienceDaily
Эксперимент проверял, сохраняется ли принцип эквивалентности Эйнштейна для квантового объекта. Согласно этому принципу, для наблюдателя, свободно падающего в гравитационном поле, сила тяжести локально исчезает. Ранее его с высокой точностью подтверждали на обычной материи, однако проверка на квантовых объектах была значительно сложнее.
Для работы ученые создали установку Quantum Galileo Interferometer — квантовый интерферометр Галилея. Она разделяла квантовую волну атома на два пути: одна часть оставалась неподвижной, а другая свободно падала под действием гравитации. После объединения волн исследователи измеряли разницу их квантовых фаз.
Опыт провели с облаками атомов рубидия, охлажденных почти до абсолютного нуля. Атомы размещали рядом со специально разработанным чипом, встроенные в который электрические провода формировали контролируемые магнитные поля. С их помощью одну часть волны удерживали на месте, а вторую сначала поднимали, после чего позволяли ей двигаться по траектории свободного падения.
Измеренная квантовая фаза совпала с расчетами, выполненными на основе принципа эквивалентности Эйнштейна. Как отметил руководитель работы Рон Фолман из Университета имени Бен-Гуриона, эксперимент связывает квантовую физику с описанием гравитации и может помочь в поиске общего теоретического подхода. Соавтор исследования Влатко Ведрал из Оксфордского университета заявил, что результаты подтверждают сохранение предсказаний квантовой механики в условиях, связанных с гравитацией.
При этом ученые подчеркивают, что опыт не создает единой теории квантовой механики и гравитации и не доказывает квантовую природу самой гравитации. Он лишь показывает совместимость принципа эквивалентности с квантовой механикой в проверенном диапазоне условий. Эксперимент также не проверял гипотезу Пенроуза о возможном нарушении квантовой механики у достаточно массивных объектов, поскольку использованные атомы были слишком легкими, а суперпозиции существовали недостаточно долго.