Физики впервые наблюдают гравитацию Эйнштейна в квантовом мире
Международная группа, которую возглавили физики из Университета Бен-Гуриона, впервые экспериментально подтвердила влияние гравитации на падающий квантовый объект в соответствии с теорией Эйнштейна.
Ученые впервые напрямую измерили квантовую фазу свободно падающего объекта, подтвердив, что принципы общей теории относительности Эйнштейна остаются верными и в микромире. На протяжении 100 лет квантовая механика и теория гравитации существовали отдельно, а объединение их законов оставалось одной из главных задач науки. Центральное место в теории Эйнштейна занимает принцип эквивалентности, согласно которому для свободно падающего наблюдателя гравитация локально исчезает. Однако оставалось неясным, как проверить это правило для квантовых частиц, способных находиться в суперпозиции и одновременно двигаться по нескольким путям.
Для решения этой задачи исследователи создали особый интерферометр Галилея. В ходе опыта на специальном чипе облака атомов рубидия охлаждали практически до абсолютного нуля. С помощью микроволновых импульсов и магнитных полей квантовую волну атома разделяли на две части. Одну часть удерживали на месте, полностью компенсируя силу тяжести, а другую отправляли в свободное падение. В конце пути волны воссоединяли, чтобы измерить возникшую разницу квантовых фаз. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Результат точно совпал с теоретическими предсказаниями Эйнштейна. Главный автор работы, профессор Рон Фольман из Университета Бен-Гуриона в Негеве, подчеркнул важность открытия: "Это уникальная работа в том смысле, что она объединяет сложный эксперимент с далеко идущей теоретической интерпретацией одного из самых фундаментальных вопросов физики: как гравитация и квантовая теория могут быть объединены в единое понимание Вселенной? Эти две опоры современной физики до сих пор ускользали от всех попыток создания единой теории, но этот сложный эксперимент дает новые подсказки, как такое объединение может быть достигнуто".
Ученые подчеркивают, что этот эксперимент не создает единую "теорию всего" и не доказывает квантовую природу самой гравитации, но он прокладывает мост между двумя разделами физики. В дальнейшем авторы планируют использовать эту методику для проверки квантовых свойств у более массивных объектов, таких как наноалмазы.
В международная группу авторов работы вошел лауреат Нобелевской премии по физике профессор сэр Роджер Пенроуз.
