原子在重力作用下下落,但它們的量子波會累積相位,若無結合兩大理論則無法預測。一個國際物理學家團隊首次在原子晶片實驗中直接測量了此相位。
該實驗在實驗室進行, 位於以色列內蓋夫的本-古里安大學 並有來自牛津、烏爾姆及其他中心的科學家參與。團隊成員包括諾貝爾獎得主 羅傑·潘洛斯。研究人員使用冷卻至接近絕對零度的銣原子,並在特殊原子晶片上利用微波脈衝和磁場操控它們。他們建造了伽利略量子干涉儀:將原子的波函數分成兩部分,一部分保持靜止,另一部分自由下落,然後再將路徑合併並記錄干涉。
結果與愛因斯坦等效原理應用於量子波時的預測相符。下落部分累積的相位精確對應於預期值。這是首次直接測量自由落體的量子相位。
想像兩艘相同的船同時從同一點出發:一艘靜止不動,另一艘順流而下。當它們再次相遇時,路徑差異可從水面波紋的位移看出。這裡重力扮演水流,而量子相位則扮演波紋。
此實驗並未統一量子力學與重力,也未證明重力本身是量子化的。它顯示等效原理在量子領域仍然成立。該研究發表於 2月2026日 《科學進展》期刊。
現在物理學家有了新工具,可用於檢驗量子理論在重力場中的適用範圍,並為未來以更重物體進行的測試鋪路。



