Úttörő kísérletben hozták közös nevezőre a modern fizika két alapkövét: az atomi léptékű jelenségeket leíró kvantummechanikát és a kozmikus léptékű gravitációt magyarázó általános relativitáselméletet. Az izraeli Ben-Gurion Egyetem, az Ulmi Egyetem és az Oxfordi Egyetem kutatóiból összeállt csoport a Nobel-díjas Roger Penrose-zal közösen a Science Advances folyóiratban megjelent tanulmányában számolt be arról, hogy első alkalommal sikerült kimutatniuk Einstein gravitációelméletének egy régóta jósolt hatását egy szabadon eső kvantumobjektumon.

A kísérlet kulcsa az úgynevezett „Kvantum-Galilei-interferométer” nevű berendezés volt. A kutatók abszolút nulla fok közelébe hűtött rubídiumatomokat manipuláltak egy speciálisan tervezett atomchip felületén.

A kvantumszuperpozíció jelenségét kihasználva az atomok kvantumhullámait egyszerre két külön útra bontották: mágneses mező segítségével az atomi hullám egyik felét lebegtetve egy helyben tartották, míg a másik felét hagyták szabadon esni a gravitáció hatására. A zuhanás végén a két hullámrészt újra egyesítették, és az ezek találkozásakor fellépő interferenciából pontosan megmérték azt a parányi kvantumfázis-különbséget, amit a gravitációs vonzás idézett elő.

Ez a mérés azért történelmi jelentőségű, mert a kapott érték pontosan egybeesik azzal, amit Einstein ekvivalenciaelvének alkalmazásával vártak a fizikusok. Az ekvivalenciaelv kimondja, hogy egy szabadon eső megfigyelő számára a gravitáció helyileg „eltűnik” (ahogyan egy zuhanó liftben ülő ember is súlytalanságot tapasztal). Bár a kvantumrészecskéket már korábban is használták gravitációs mérésekre, most sikerült először közvetlenül kimutatni, hogy ez az einsteini alapelv a hullámként viselkedő, egyszerre több útvonalon mozgó kvantumobjektumok esetében is érvényes marad.

Ugyan az eredmény még nem jelenti a kvantummechanika és a gravitáció teljes elméleti egyesítését, az eddigi legpontosabb igazolást nyújtja a két terület metszéspontjában. A kutatócsoport máris a következő lépésen dolgozik: a módszert hamarosan lényegesen nehezebb objektumokon, például nanogyémántokon is tesztelik. Ez utóbbi kísérletek választ adhatnak az idén 95 éves Roger Penrose azon hipotézisére is, miszerint a kvantummechanika törvényei egy bizonyos tömeghatár felett már nem érvényesülnek.

Kapcsolódó cikkek:

Forrás