Физики измерили квантовый фазовый сдвиг, предсказанный в 1927 году
Физики впервые измерили квантовый фазовый сдвиг, возникающий при падении объекта в гравитационном поле Земли. Результат эксперимента с ультрахолодными атомами рубидия подтверждает, что принцип эквивалентности Эйнштейна действует на квантовом уровне, сообщает Live Science.
Исследование опубликовали 2 сентября в журнале Science Advances. Принцип эквивалентности, лежащий в основе общей теории относительности, утверждает: локально невозможно отличить действие гравитации от ускорения.
Две траектории атома
Команда под руководством физика Рона Фолмана из Университета Бен-Гуриона в Негеве, Израиль, охладила около 20 тысяч атомов рубидия до состояния конденсата Бозе — Эйнштейна. С помощью радио- и микроволновых импульсов ученые перевели атомы в суперпозицию двух магнитных состояний.
Одна часть атома находилась в свободном падении под действием земного притяжения. Другая оставалась чувствительной к магнитному полю, силу которого настроили так, чтобы точно компенсировать гравитацию и удержать ее неподвижной относительно Земли. В высшей точке траектории две части атома разделяло расстояние около 7,5 микрометра.
Больше актуальных новостей — в Telegram-канале UA.News Telegram.
Рост фазового сдвига
После соединения двух частей атома исследователи зафиксировали интерференционный сигнал, показавший разницу фаз между ними. Теория предсказывала, что этот сдвиг будет расти пропорционально кубу длительности свободного падения: если время падения удвоить, эффект должен увеличиться в восемь раз.
Ученые увеличивали длительность свободного падения примерно до 2,4 миллисекунды. За 633 экспериментальных запуска в течение 5,3 часа они зарегистрировали 13 полных фазовых колебаний. Измеренный рост соответствовал теоретической модели с точностью около 2,5%.
Соавтор работы, физик Оксфордского университета Влатко Ведрал, отметил, что одинаковый результат можно получить двумя подходами: рассматривать гравитацию как силу, действующую на квантовую волну, или перейти в систему отсчета свободного падения и применить принцип эквивалентности. В то же время авторы отметили, что эксперимент не исключает все теории, в которых этот принцип может нарушаться, поскольку некоторые из них также предсказывают такой же фазовый сдвиг.
