原子は重力の下で落下するが、その量子波は位相を蓄積し、それは二つの偉大な理論を統合しなければ予測できない。国際的な物理学者グループは、原子チップ上の実験でこの位相を初めて直接測定した。
実験は、 イスラエルのネゲヴにあるベン＝グリオン大学の 研究室で、オックスフォード、ウルム、その他のセンターの科学者の参加のもとで行われた。チームにはノーベル賞受賞者である ロジャー・ペンローズも加わった。研究者たちは、ほぼ絶対零度まで冷却されたルビジウム原子を使用し、特別な原子チップ上でマイクロ波パルスと磁場を用いてそれらを操作した。彼らはガリレオ量子干渉計を作り上げた。原子の波動関数を二つの部分に分け、一方は静止させ、もう一方は自由落下させ、その後再び経路を合わせて干渉を記録した。
結果は、量子波に適用されたアインシュタインの等価原理から導かれる予測と一致した。落下部分が獲得した位相は、期待される値に正確に対応していた。これは、自由落下の量子位相の初めての直接測定である。
同じ地点から同時に出発した2隻の同一のボートを想像してみてほしい。1隻はその場に留まり、もう1隻は流れに乗って進む。再び出会ったとき、進んだ距離の差は水面の波のずれとして見える。ここで、流れの役割を果たすのが重力であり、波の役割を果たすのが原子の量子位相である。
この実験は、量子力学と重力を統合するものではなく、重力自体が量子的であることを証明するものでもない。これは、等価原理が量子領域でも成り立つことを示している。この研究は発表された。 2年2026月 学術誌『Science Advances』に掲載された。
今や物理学者は、重力場における量子論の適用限界を検証し、より重い物体を用いた将来のテストを行うための新たなツールを手にした。
