Международная группа ученых впервые напрямую зафиксировала давно предсказанный гравитационный эффект в падающем квантовом объекте. В исследовании участвовал лауреат Нобелевской премии по физике профессор сэр Роджер Пенроуз. Результаты показали, что один из ключевых принципов теории гравитации Альберта Эйнштейна согласуется с квантовым поведением в проверенных условиях.
Работу возглавили специалисты Университета имени Бен-Гуриона в Негеве, Университета Ульма и Оксфордского университета. Как сообщает ScienceDaily, исследование опубликовали 2 сентября в журнале Science Advances. Эксперимент был посвящен области, где пересекаются квантовая механика и теория гравитации.
Ученые измерили изменение квантовых свойств атомов, двигавшихся под воздействием гравитации. Для этого они использовали интерферометр Quantum Galileo Interferometer (квантовый интерферометр Галилея), который позволил разделить квантовую волну атома на два пути. Один фрагмент удерживали на месте, а второй заставляли свободно падать, после чего обе части снова соединяли.
Опыт провели с облаками атомов рубидия, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю. Атомы находились рядом со специально созданным чипом, в котором были размещены тонкие электрические провода. Они формировали магнитные поля: одно из них компенсировало действие гравитации на часть атомной волны, а другая часть двигалась по траектории свободного падения.
После завершения движения волны вновь объединили. Их интерференция позволила измерить крайне небольшую разницу квантовых фаз, накопившуюся за время эксперимента. Полученное значение совпало с расчетом, основанным на принципе эквивалентности Эйнштейна, согласно которому для свободно падающего наблюдателя гравитация локально исчезает.
Авторы подчеркнули, что результат не создает единой теории квантовой механики и гравитации и не доказывает квантовую природу самой гравитации. Эксперимент лишь показал совместимость принципа эквивалентности с квантовой механикой в исследованном диапазоне. При этом установка пока не позволяет проверить гипотезу Пенроуза о возможном нарушении квантовой механики для достаточно массивных объектов, однако ученые рассчитывают в будущем испытать метод на более крупных системах, включая нанокристаллы алмаза.