Физики сделали значительный шаг, получив прямое экспериментальное подтверждение того, что квантовые объекты соответствуют принципу эквивалентности Эйнштейна, который является краеугольным камнем теории гравитации. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Принцип эквивалентности утверждает, что все тела, независимо от их массы и состава, падают в поле тяжести одинаково. Хотя для обычных предметов этот принцип был проверен с высокой точностью, остаётся открытым вопрос: распространяется ли этот закон на объекты квантового мира, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно? Экспериментальная проверка этой гипотезы представляет собой сложную задачу.
Команда ученых под руководством Рона Фолмана из Университета имени Бен-Гуриона в Негеве (Израиль) провела эксперимент, в котором использовалось около 20 тысяч атомов рубидия, охлажденных до состояния, близкого к абсолютному нулю (-273,15 °C), и превращённых в так называемый конденсат Бозе — Эйнштейна. В этом состоянии атомы ведут себя как единый квантовый объект.
Ученые «расщепили» это облако атомов на два квантовых пути: один оставался в состоянии покоя, в то время как другой находился в свободном падении. Все эксперименты проводились на расстоянии примерно 100 микрометров под поверхностью специализированного атомного чипа. Сравнив поведение двух путей, физики убедились, что квантовая система падает в соответствии с принципом эквивалентности.
Авторы исследования отмечают, что данный эксперимент объединяет сложную практическую задачу с глубокой теоретической интерпретацией, которая затрагивает один из самых фундаментальных вопросов физики — как гравитация и квантовая механика могут согласовываться между собой. На данный момент эти две великие теории не удается свести в единое целое, и подобные эксперименты представляют собой важный шаг к пониманию границ между ними.
Кроме того, высокоточные атомные интерферометры, подобные тем, что использовались в данной работе, могут иметь практическое применение — например, в сверхчувствительном измерении гравитации, необходимом для поиска полезных ископаемых или в навигации без спутников.
