Физики подтвердили верность идеи Эйнштейна о гравитации в квантовом мире

Физики впервые зафиксировали квантовый фазовый сдвиг, который возникает у объекта при свободном падении в гравитационном поле Земли. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances, сообщает EurekAlert.

Эксперимент связан с принципом эквивалентности Эйнштейна. Согласно этому принципу, локально невозможно отличить ускорение от действия гравитации. Для обычных массивных тел этот принцип уже проверяли с высокой точностью, а теперь его удалось проверить в квантовой системе.

Исследование провела группа под руководством профессора Рона Фольмана из Университета Бен-Гуриона в Негеве. Ученые использовали облако атомов рубидия, охлажденных почти до абсолютного нуля.

Около 20 тысяч атомов перевели в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна. Затем с помощью радио- и микроволновых импульсов атомы разделили на два состояния, чтобы одна часть квантовой волны оставалась неподвижной относительно лаборатории, а другая свободно падала под действием земной гравитации.

Одна траектория удерживалась магнитным полем, которое компенсировало действие силы тяжести. Вторую часть сначала направляли вверх магнитным импульсом, после чего она переходила в состояние, почти не чувствительное к магнитному полю, и двигалась по баллистической траектории.

После повторного объединения состояний ученые измерили разницу фаз. Именно этот небольшой сдвиг и должен был появиться у свободно падающего квантового объекта в соответствии с теоретическим описанием.

Максимальное расстояние между двумя частями состояния одного атома составляло около 7,5 микрометра. Всего исследователи провели 633 запуска, которые заняли 5,3 часа, и зарегистрировали 13 полных колебаний фазы.

Полученный результат совпал с теоретическим расчетом с точностью около 2,5 процента. Это подтвердило, что принцип эквивалентности согласуется с поведением квантовых объектов на достигнутом уровне точности.

Авторы работы подчеркнули, что эксперимент не выявил противоречий между квантовой физикой и гравитацией. При этом он не означает, что ученые уже объединили квантовую механику и теорию относительности в единую теорию.

В дальнейшем исследователи планируют проверить этот принцип в более сложных условиях, включая вращающиеся системы. Также рассматриваются опыты с более тяжелыми объектами, например нанодаймандами.

Может быть интересно:

1. Яблоки в конце лета добавляю не в шарлотку: смешиваю с творогом — получается завтрак и десерт одновременно - рецепт
2. Рис после закипания больше не перемешиваю: как простое изменение заметно влияет на готовую крупу
3. Грибы после леса не жарю сразу с картошкой: один этап перед сковородой меняет весь результат
4. Зачем бабушки накрывали пирожки полотенцем сразу после духовки: результат становился заметен к вечеру
5. Куриные крылышки получаются румяными без фритюра: какая одна мелочь перед духовкой помогает корочке