Atome fallen unter dem Einfluss der Schwerkraft, aber ihre Quantenwelle akkumuliert eine Phase, die ohne die Vereinigung der beiden großen Theorien nicht vorhergesagt werden kann. Eine internationale Gruppe von Physikern hat diese Phase erstmals direkt in einem Experiment auf einem Atomchip gemessen.
Das Experiment wurde im Labor der Ben-Gurion-Universität des Negev (Israel) unter Beteiligung von Wissenschaftlern aus Oxford, Ulm und anderen Zentren durchgeführt. Zum Team gehörte der Nobelpreisträger Roger Penrose. Die Forscher verwendeten Rubidiumatome, die fast bis zum absoluten Nullpunkt gekühlt wurden, und manipulierten sie auf einem speziellen Atomchip mit Mikrowellenimpulsen und Magnetfeldern. Sie erzeugten ein Galileisches Quanteninterferometer: Sie teilten die Wellenfunktion des Atoms in zwei Teile, hielten einen stationär, ließen den zweiten frei fallen, führten dann die Pfade wieder zusammen und registrierten die Interferenz.
Das Ergebnis stimmte mit der Vorhersage überein, die sich aus dem Einsteinschen Äquivalenzprinzip ergibt, angewendet auf die Quantenwelle. Die vom fallenden Teil akkumulierte Phase entsprach genau dem erwarteten Wert. Dies ist die erste direkte Messung der Quantenphase des freien Falls.
Stellen Sie sich zwei identische Boote vor, die gleichzeitig von einem Punkt starten: eines bleibt stehen, das andere treibt mit der Strömung. Wenn sie sich wieder treffen, ist der Unterschied im zurückgelegten Weg an der Verschiebung der Wellen auf dem Wasser sichtbar. Hier spielt die Schwerkraft die Rolle der Strömung und die Quantenphase des Atoms die Rolle der Wellen.
Das Experiment vereint weder Quantenmechanik und Gravitation noch beweist es, dass die Gravitation selbst quantenhaft ist. Es zeigt, dass das Äquivalenzprinzip im Quantenregime gültig bleibt. Die Arbeit wurde am 2. September 2026 in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Nun haben Physiker ein neues Werkzeug, um die Grenzen der Anwendbarkeit der Quantentheorie in Gravitationsfeldern zu testen und für zukünftige Experimente mit schwereren Objekten.
