Atomy spadają pod wpływem grawitacji, ale ich kwantowa fala gromadzi fazę, której nie można przewidzieć bez połączenia dwóch wielkich teorii. Międzynarodowa grupa fizyków po raz pierwszy bezpośrednio zmierzyła tę fazę w eksperymencie na atomowym chipie.
Eksperyment przeprowadzono w laboratorium Uniwersytetu Ben-Guriona w Negewie (Izrael) z udziałem naukowców z Oksfordu, Ulm i innych ośrodków. W skład zespołu wszedł noblista Roger Penrose. Naukowcy użyli atomów rubidu schłodzonych prawie do zera absolutnego i manipulowali nimi na specjalnym atomowym chipie za pomocą impulsów mikrofalowych i pól magnetycznych. Stworzyli kwantowy interferometr Galileusza: rozdzielili funkcję falową atomu na dwie części, jedną utrzymywali nieruchomo, drugą pozwolili swobodnie spadać, a następnie ponownie połączyli ścieżki i zarejestrowali interferencję.
Wynik był zgodny z przewidywaniem wynikającym z zasady równoważności Einsteina zastosowanej do fali kwantowej. Faza zgromadzona przez spadającą część dokładnie odpowiadała oczekiwanej wartości. To pierwsze bezpośrednie zmierzenie kwantowej fazy swobodnego spadania.
Wyobraź sobie dwie identyczne łodzie, które wystartowały jednocześnie z tego samego punktu: jedna stoi w miejscu, druga płynie z prądem. Kiedy się ponownie spotykają, różnica w przebytej drodze jest widoczna w przesunięciu fal na wodzie. Tutaj rolę prądu odgrywa grawitacja, a rolę fal – kwantowa faza atomu.
Eksperyment nie łączy mechaniki kwantowej z grawitacją i nie dowodzi, że grawitacja sama jest kwantowa. Pokazuje, że zasada równoważności pozostaje prawdziwa w reżimie kwantowym. Praca została opublikowana 2 września 2026 roku w czasopiśmie Science Advances.
Teraz fizycy mają nowe narzędzie do testowania granic stosowalności teorii kwantowej w polach grawitacyjnych oraz do przyszłych testów z cięższymi obiektami.
