Fizycy zmierzyli kwantowe przesunięcie fazowe przewidziane w 1927 roku

Fizycy po raz pierwszy zmierzyli kwantowe przesunięcie fazowe, które powstaje podczas spadania obiektu w polu grawitacyjnym Ziemi. Wynik eksperymentu z ultrazimnymi atomami rubidu potwierdza, że zasada równoważności Einsteina działa na poziomie kwantowym, informuje Live Science.

Badanie opublikowano 2 września w czasopiśmie Science Advances. Zasada równoważności, leżąca u podstaw ogólnej teorii względności, głosi, że lokalnie nie można odróżnić działania grawitacji od przyspieszenia.

Dwie trajektorie atomu

Zespół kierowany przez fizyka Rona Folmana z Uniwersytetu Ben-Guriona w Negewie w Izraelu schłodził około 20 tysięcy atomów rubidu do stanu kondensatu Bosego-Einsteina. Za pomocą impulsów radiowych i mikrofalowych naukowcy wprowadzili atomy w superpozycję dwóch stanów magnetycznych.

Jedna część atomu znajdowała się w swobodnym spadku pod wpływem ziemskiej grawitacji. Druga pozostawała wrażliwa na pole magnetyczne, którego siłę dostrojono tak, aby dokładnie skompensować grawitację i utrzymać ją w bezruchu względem Ziemi. W najwyższym punkcie trajektorii obie części atomu dzieliła odległość około 7,5 mikrometra.

Więcej aktualnych wiadomości na kanale UA.News w Telegramie Telegram.

Wzrost przesunięcia fazowego

Po połączeniu dwóch części atomu badacze zarejestrowali sygnał interferencyjny, który pokazał różnicę faz między nimi. Teoria przewidywała, że przesunięcie będzie rosło proporcjonalnie do sześcianu czasu swobodnego spadku: jeśli czas spadania zostanie podwojony, efekt powinien wzrosnąć ośmiokrotnie.

Naukowcy wydłużyli czas swobodnego spadku do około 2,4 milisekundy. W trakcie 633 serii eksperymentalnych w ciągu 5,3 godziny zarejestrowali 13 pełnych oscylacji fazowych. Zmierzone narastanie odpowiadało modelowi teoretycznemu z dokładnością około 2,5%.

Współautor pracy, fizyk Uniwersytetu Oksfordzkiego Vlatko Vedral, zauważył, że ten sam wynik można uzyskać na dwa sposoby: traktując grawitację jako siłę działającą na falę kwantową albo przechodząc do układu odniesienia w swobodnym spadku i stosując zasadę równoważności. Jednocześnie autorzy zaznaczyli, że eksperyment nie wyklucza wszystkich teorii, w których zasada ta może być naruszana, ponieważ niektóre z nich również przewidują takie samo przesunięcie fazowe.

Czytaj nas na Telegram i Sends