Атомы рубидия в свободном падении: точность измерений достигла 2,5 процента
Гравитация ведёт себя одинаково для всех объектов — от планет до отдельных частиц. Это утверждение, лежащее в основе общей теории относительности, теперь получило подтверждение на квантовом уровне. Группа физиков под руководством Рона Фольмана из Университета Бен-Гуриона в Негеве провела эксперимент, результаты которого опубликованы в авторитетном журнале Science Advances.
Исследователи работали с конденсатом Бозе — Эйнштейна. Это особое состояние материи, при котором атомы охлаждаются до сверхнизких температур и ведут себя как единая квантовая система. В их распоряжении было около двадцати тысяч атомов рубидия.
Суть эксперимента заключалась в следующем. Атомы перевели в состояние квантовой суперпозиции — когда частица находится одновременно в двух состояниях. Затем их разделили на две группы с разными магнитными характеристиками. Одну часть оставили свободно падать под действием земной гравитации, другую удерживали на месте магнитным полем.
Расстояние между этими двумя «версиями» одного атома достигало 7,5 микрометра. Казалось бы, ничтожная величина. Но для квантового мира это огромный масштаб, позволяющий наблюдать интерференцию волновых функций.
За время эксперимента учёные провели 633 запуска. В результате зарегистрировали тринадцать полных колебаний фазы. Ключевой момент: изменение фазы совпало с теоретическими расчётами с точностью около 2,5 процента.
Что это означает на практике? Принцип эквивалентности Эйнштейна гласит: невозможно локально отличить ускорение от гравитационного воздействия. Проще говоря, если вы находитесь в закрытой кабине лифта, вы не сможете определить — тянет вас вниз гравитация Земли или лифт разгоняется вверх. Этот принцип, сформулированный почти сто лет назад, теперь проверен для объектов, подчиняющихся законам квантовой механики.
Результат важен не только как подтверждение теории. Он открывает дорогу для более точных измерений гравитационных эффектов и потенциально — для создания сверхчувствительных датчиков, работающих на квантовых принципах.
«Мы впервые наблюдаем, как квантовая когерентность сохраняется при свободном падении в гравитационном поле. Это значит, что принцип эквивалентности работает и на этом уровне», — пояснил руководитель исследования.
Разумеется, впереди ещё много работы. Точность в 2,5 процента — хороший результат, но физики стремятся к большему. Каждый новый эксперимент приближает нас к пониманию того, как квантовая механика и гравитация сосуществуют в одном мире. Пока это одна из самых сложных загадок современной фундаментальной науки.