Tim naučnika izmerio je kako gravitaciono polje utiče na fazu kvantnog talasa korišćenjem Kvantnog Galilejevog Interferometra i rashlađenih rubidijumskih atoma. Eksperiment je razdvojio atomski talas na dve putanje — jednu držanu elektromagnetnim poljima i drugu puštenu da slobodno pada — i zatim izmerio promenu faze interferencijom. Rezultati potvrđuju Ajnštajnov ekvivalencijski princip u kvantnom domenu, ali ne predstavljaju dokaz kvantne gravitacije.
Prvi tragovi Ajnštajnove teorije u kvantnom svetu: gravitacija utiče na fazu kvantnog talasa
Einstein's equalance principle manifests in the quantum realm.
Naučnici su prvi put direktno izmerili kako gravitacija menja fazu kvantnog talasa — rezultat koji potvrđuje primenu Ajnštajnovog ekvivalencijskog principa u kvantnom domenu, ali ne predstavlja dokaz kvantne gravitacije.
Einstein's equalance principle manifests in the quantum realm. | Credit: Or Dobkowski/Robert Lea (created with Canva)
Šta su istraživači uradili?
Tim predvođen Ronom Folmanom (Ben-Gurion University of the Negev) izveo je precizan eksperiment koristeći Kvantni Galilejev Interferometar. Kao objekat merenja korišćen je oblak rubidijumovih atoma rashlađenih gotovo do apsolutne nule i postavljenih blizu površine specijalno dizajniranog atom-čipa.
A demonstration of the equivalence principle. | Credit: Robert Lea (created with Canva)
Kako funkcioniše eksperiment?
Pomoću mikro-talasa atomi su dovedeni u kvantnu superpoziciju i njihov talasni paket je razdvojen u dve putanje: jedna je bila držana u mestu elektromagnetnim poljima atom-čipa, dok je druga puštana da slobodno pada pod uticajem gravitacije. Nakon kratkog vremena putanje su ponovo spojene i izmereni su pomaci faze putem interferencije talasa.
The 2D MOT apparatus which feeds the science chamber with cold atoms. At the center is a glass cell held under vacuum between coils producing magnetic fields. The atoms go into the science chamber through the tiny hole that may be seen in the center of the yellow (reflecting) surface. | Credit: Or Dobkowski.
„Ovo je jedinstven rad u smislu da kombinuje težak eksperiment sa dalekosežnom teorijskom interpretacijom o jednom od najfundamentalnijih pitanja fizike“, rekao je Ron Folman.
Zašto je to važno?
Eksperiment predstavlja prvo direktno merenje efekta slobodnog pada na fazu kvantnog talasa. Time je pokazano da Ajnštajnov ekvivalencijski princip — ideja da u lokalnom slobodnom padu gravitacija 'nestaje' — važi i za kvantne objekte koji se ponašaju kao talasi. Ipak, istraživači naglašavaju da ovo nije otkriće kvantne teorije gravitacije, već važan eksperimentalni korak koji sužava prostor mogućih teorijskih modela.
„Nemamo doslednu teoriju koja objašnjava zašto kvantna fizika treba da prestane da važi; ovaj eksperiment pomera kvantnu mehaniku u jedan od njenih najintrigantnijih domena — gravitaciju — i ponovo pokazuje da njene predikcije drže“, rekao je Vlatko Vedral.
Tehničke napomene i objava
Eksperiment kombinuje atomsku interferometriju, kontrolisana magnetna polja i visokoprecizna merenja faze. Rad je objavljen u časopisu Science Advances 2. septembra.
Zaključak
Rezultat je značajan jer pomera granice primene kvantne mehanike u polje gravitacije i pruža novu eksperimentalnu osnovu za teorijske radove o mogućoj unifikaciji kvantne fizike i opšte relativnosti. Ipak, konačna teorija kvantne gravitacije i dalje ostaje nedostižna.
Pomozite nam da budemo bolji.
