Các nguyên tử rơi dưới tác dụng của trọng lực, nhưng sóng lượng tử của chúng tích lũy một pha mà không thể dự đoán nếu không kết hợp hai lý thuyết vĩ đại. Một nhóm các nhà vật lý quốc tế lần đầu tiên đã đo trực tiếp pha này trong một thí nghiệm trên chip nguyên tử.
Thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Đại học Ben-Gurion ở Negev (Israel) với sự tham gia của các nhà khoa học từ Oxford, Ulm và các trung tâm khác. Nhóm nghiên cứu bao gồm người đoạt giải Nobel Roger Penrose. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các nguyên tử rubidi được làm lạnh gần đến độ không tuyệt đối và điều khiển chúng trên một chip nguyên tử đặc biệt bằng các xung vi sóng và từ trường. Họ đã tạo ra một giao thoa kế lượng tử Galileo: họ tách hàm sóng của nguyên tử thành hai phần, giữ một phần đứng yên, cho phần thứ hai rơi tự do, sau đó lại hợp nhất các đường đi và ghi nhận sự giao thoa.
Kết quả khớp với dự đoán xuất phát từ nguyên lý tương đương của Einstein áp dụng cho sóng lượng tử. Pha tích lũy bởi phần rơi chính xác tương ứng với giá trị mong đợi. Đây là phép đo trực tiếp đầu tiên về pha lượng tử của sự rơi tự do.
Hãy tưởng tượng hai chiếc thuyền giống hệt nhau cùng xuất phát từ một điểm: một chiếc đứng yên, chiếc thứ hai trôi theo dòng nước. Khi chúng gặp lại nhau, sự khác biệt về quãng đường đi được thể hiện qua sự dịch chuyển của các con sóng trên mặt nước. Ở đây, vai trò của dòng nước là trọng lực, và vai trò của sóng là pha lượng tử của nguyên tử.
Thí nghiệm không kết hợp cơ học lượng tử và trọng lực, cũng không chứng minh rằng trọng lực tự nó là lượng tử. Nó cho thấy nguyên lý tương đương vẫn đúng trong chế độ lượng tử. Công trình được công bố vào tháng 2 năm 2026 trên tạp chí Science Advances.
Giờ đây, các nhà vật lý có một công cụ mới để kiểm tra ranh giới áp dụng của lý thuyết lượng tử trong trường hấp dẫn và cho các thử nghiệm trong tương lai với các vật thể nặng hơn.
