Atomen vallen onder invloed van de zwaartekracht, maar hun kwantumgolf accumuleert een fase die niet voorspeld kan worden zonder de twee grote theorieën te verenigen. Een internationale groep natuurkundigen heeft deze fase voor het eerst direct gemeten in een experiment op een atoomchip.
Het experiment werd uitgevoerd in het laboratorium van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev (Israël) met medewerking van wetenschappers uit Oxford, Ulm en andere centra. Het team omvatte Nobelprijswinnaar Roger Penrose. De onderzoekers gebruikten rubidiumatomen die bijna tot het absolute nulpunt waren afgekoeld en manipuleerden ze op een speciale atoomchip met behulp van microgolfpulsen en magnetische velden. Ze creëerden een kwantuminterferometer van Galilei: ze splitsten de golffunctie van het atoom in twee delen, hielden het ene stil, lieten het andere vrij vallen, en brachten de paden vervolgens weer samen en registreerden interferentie.
Het resultaat kwam overeen met de voorspelling die volgt uit het equivalentieprincipe van Einstein, toegepast op de kwantumgolf. De fase die het vallende deel opbouwde, kwam exact overeen met de verwachte grootte. Dit is de eerste directe meting van de kwantumfase van vrije val.
Stel je twee identieke boten voor die gelijktijdig vanaf hetzelfde punt vertrekken: de ene blijft stil liggen, de andere vaart met de stroom mee. Wanneer ze elkaar weer ontmoeten, is het verschil in afgelegde weg zichtbaar in de verschuiving van de golven op het water. Hier speelt de zwaartekracht de rol van de stroom, en de kwantumfase van het atoom de rol van de golven.
Het experiment verenigt de kwantummechanica en de zwaartekracht niet en bewijst niet dat de zwaartekracht zelf kwantum is. Het toont aan dat het equivalentieprincipe geldig blijft in het kwantumregime. Het werk is gepubliceerd op 2 september 2026 in het tijdschrift Science Advances.
Natuurkundigen hebben nu een nieuw instrument om de grenzen van de toepasbaarheid van de kwantumtheorie in zwaartekrachtsvelden te testen en voor toekomstige experimenten met zwaardere objecten.
