Физики провели эксперимент, который позволяет проверить, как квантовые свойства материи ведут себя в условиях свободного падения. Исследователи создали интерферометр, в котором один и тот же атом одновременно оказывается на двух возможных траекториях: по одной он свободно падает, а по другой остается практически неподвижным. Затем обе траектории снова сводятся в одной точке, чтобы сравнить их квантовые состояния.
Для установки использовали около 20 тысяч атомов рубидия, охлажденных до состояния конденсата Бозе — Эйнштейна. С помощью микроволновых и магнитных импульсов ученые разделяли квантовое состояние атомов на две части. Одна часть получала импульс вверх, после чего падала под действием гравитации. Другая оставалась на месте: магнитное поле компенсировало действие силы тяжести.
Максимальное расстояние между двумя траекториями составляло около 7,5 микрометра, а продолжительность самого долгого полета — всего две тысячные секунды.
Главным объектом измерения была фаза квантовой волны атома. Согласно теории, свободное падение должно приводить к определенному изменению этой фазы относительно неподвижной части системы. Именно такой эффект исследователи и обнаружили. Измеренное значение отличалось от теоретического прогноза примерно на 2,5%.
Авторы считают результат подтверждением того, что принцип эквивалентности, лежащий в основе общей теории относительности, проявляется и в квантовой системе, находящейся в суперпозиции состояний.
При этом эксперимент не решил главную проблему современной физики: квантовая механика и теория относительности по-прежнему не образуют единой теории гравитации.
Следующим шагом команда хочет провести похожий эксперимент уже не с атомами, а с нанодиамантами. Они значительно тяжелее атомов, и их суперпозиция могла бы позволить проверить гипотезу о том, что квантовая механика должна нарушаться, когда речь идет о суперпозиции разных геометрий пространства-времени. Исследователи рассчитывают приблизиться к такому эксперименту в течение следующих четырех-пяти лет.
Читайте также:
Обломок космического мусора впервые задел человека при падении
Ракеты при возвращении из космоса выдерживают экстремальный нагрев
Сверхтекучий гелий может сделать квантовые вычисления стабильнее