Фізики виміряли квантовий фазовий зсув, передбачений у 1927 році
Фізики вперше виміряли квантовий фазовий зсув, який виникає під час падіння об’єкта в гравітаційному полі Землі. Результат експерименту з ультрахолодними атомами рубідію підтверджує, що принцип еквівалентності Ейнштейна діє на квантовому рівні, повідомляє Live Science.
Дослідження опублікували 2 вересня в журналі Science Advances. Принцип еквівалентності, що лежить в основі загальної теорії відносності, стверджує: локально неможливо відрізнити дію гравітації від прискорення.
Дві траєкторії атома
Команда під керівництвом фізика Рона Фолмана з Університету Бен-Гуріона в Негеві, Ізраїль, охолодила приблизно 20 тисяч атомів рубідію до стану конденсату Бозе — Ейнштейна. За допомогою радіо- та мікрохвильових імпульсів науковці перевели атоми в суперпозицію двох магнітних станів.
Одна частина атома перебувала у вільному падінні під дією земного тяжіння. Інша залишалася чутливою до магнітного поля, силу якого налаштували так, щоб точно компенсувати гравітацію й утримати її нерухомою відносно Землі. У найвищій точці траєкторії дві частини атома розділяла відстань приблизно 7,5 мікрометра.
Більше актуальних новин читайте у Telegram-каналі UA.News.
Зростання фазового зсуву
Після з’єднання двох частин атома дослідники зафіксували інтерференційний сигнал, який показав різницю фаз між ними. Теорія передбачала, що цей зсув зростатиме пропорційно кубу тривалості вільного падіння: якщо час падіння подвоїти, ефект має зрости у вісім разів.
Науковці збільшували тривалість вільного падіння приблизно до 2,4 мілісекунди. За 633 експериментальні запуски протягом 5,3 години вони зареєстрували 13 повних фазових коливань. Виміряне зростання відповідало теоретичній моделі з точністю близько 2,5%.
Співавтор роботи, фізик Оксфордського університету Влатко Ведрал, зазначив, що однаковий результат можна отримати двома підходами: розглядати гравітацію як силу, що діє на квантову хвилю, або перейти в систему відліку вільного падіння та застосувати принцип еквівалентності. Водночас автори зауважили, що експеримент не виключає всіх теорій, у яких цей принцип може порушуватися, оскільки деякі з них також передбачають такий самий фазовий зсув.
