• Mokslininkai kuria eksperimentą, siekdami patikrinti, ar gravitacija yra kvantinė, ar ne
• Kvantinėje mechanikoje, apibūdinančioje atomų ir molekulių elgesį, daiktai elgiasi kitaip nei viskas, ką mes žinome: jie gali būti kvantinės superpozicijos būsenoje, kad būtų dviejose vietose tuo pačiu metu.
• Dabar mokslininkai ieško būdo, kaip nustatyti, ar gravitacija veikia taip, levituodami mažyčius deimantus į vakuumą.
• Jei gravitacija būtų kvantinė, deimantai būtų „įsipainioję“ – įdomus reiškinys, kuris stipriai sujungia du objektus kasdieniame gyvenime neįmanomu būdu.
• Šis tyrimas padės suprasti juodąsias skyles didysis sprogimasIr visata

Kvantinės gravitacijos eksperimentas

Mokslininkai kuria eksperimentą, siekdami patikrinti, ar gravitacija yra kvantinė – vienas giliausių klausimų apie mūsų visatą.

Bendroji reliatyvumo teorija ir kvantinė mechanika yra du pagrindiniai gamtos aprašymai. Bendroji reliatyvumo teorija paaiškina gravitaciją dideliais masteliais, o kvantinė mechanika paaiškina atomų ir molekulių elgesį.

Vienijančių teorijų iššūkis

Ko gero, svarbiausia neišspręsta fundamentaliosios fizikos problema yra teisingas būdas sujungti šias dvi teorijas – nustatyti, ar gravitacija veikia kvantiniu lygmeniu. Nors teorinis darbas pasiūlė daug galimybių, norint visiškai suprasti gravitacijos elgesį, reikia eksperimentų.

Gavino Morley laboratorijoje lazerio spindulys tiria deimantų kvantines savybes. Kreditas: Gavin Morley

Revoliucinė pasaulinio konsorciumo patirtis

Šimtą metų eksperimentai su gravitacijos kvantine prigimtimi atrodė toli, bet dabar mokslininkai iš Warwick, University College London, Yale (JAV), Northwestern (JAV) ir Groningen (Nyderlandai) dirbs kartu, kad. ištirti šį galvosūkį. .

Jų nauja idėja yra pakelti du mažyčius deimantus į vakuumą ir juos abu sudėti į kvantinę superpoziciją, būti dviejose vietose tuo pačiu metu. Šis priešintuityvus elgesys yra pagrindinė kvantinės mechanikos ypatybė.

Profesoriaus Morley eksperimento vizija

Kiekvienas deimantas gali būti laikomas mažesne Schrödingerio katės versija. Vyriausiasis tyrėjas profesorius Gavinas Morley, Fizikos katedra, Warwick universitetasJis paaiškina: „Schrödingerio katė yra minties eksperimentas, leidžiantis manyti, kad būtų tikrai keista kasdieniams objektams (ir naminiams gyvūnėliams!) būti kvantinės superpozicijos būsenoje, nes jie yra dviejose vietose vienu metu. Norime išbandyti šio reiškinio ribas. idėja“.

„Mes sėkmingai įdėjome atomus ir molekules į šią superpozicijos būseną, bet norime tai padaryti su daug didesniais objektais. Mūsų deimantai sudaryti iš milijardo ar daugiau atomų. Norėdami patikrinti gravitacijos kvantinį pobūdį, turime ieškoti sąveikos tarp dviejų iš šių deimantų dėl gravitacijos.

„Jei gravitacija būtų kvantinė, ji galėtų supainioti du deimantus. Įsipainiojimas yra unikalus kvantinis efektas, kai du dalykai yra susieti stipriau nei įmanoma mūsų kasdieniame gyvenime. Pavyzdžiui, jei dvi monetos galėtų susipainioti, galite pastebėti, kad kai juos apverčiate, jie nusileidžia taip pat, net jei neįmanoma žinoti, ar tai bus abi galvos, ar uodegos.

Iššūkiai ir pasekmės

Įgyvendinant šią idėją, dar laukia daug iššūkių, kuriuos komanda ištirs projekto metu. „Pavyzdžiui, turime pašalinti visas sąveikas tarp nanodalelių, išskyrus gravitaciją, o tai labai sunku, nes gravitacija tokia silpna“, – sako daktaras Davidas Moore’as iš. Jeilio universitetas.

Profesorius Morley, kuris yra naujos daugiadisciplininės kvantinių technologijų tyrimų iniciatyvos „Warwick Quantum“ įkūrėjas, pridūrė: „Man šiuo metu svarbiausia fizikos problema yra sukurti eksperimentą, galintį patikrinti gravitacijos kvantinį pobūdį. Šis naujas projektas pagreitina mūsų įdomią kelionę būtent to link.

Bendradarbiaujančių mokslininkų perspektyvos

Profesorius Sugato Bose iš Londono universiteto koledžo pakomentavo: „Sunku pervertinti, kaip svarbu fizikai atlikti eksperimentus, kurie galėtų atrasti tinkamą būdą sujungti kvantinę mechaniką ir bendrąjį reliatyvumą. Žmonės, dirbantys su kvantinės gravitacijos teorijomis, pvz. stygų teorija, dažniausiai sutelkia dėmesį į tai, kas vyksta esant didelei energijai, šalia juodųjų skylių ir didžiojo sprogimo metu.

„Priešingai, mūsų darbas atliekamas žemos energijos režimu, tačiau tai taip pat suteiks neįkainojamos informacijos apie… ar Gravitacija yra kvantinė. Eksperimentas taip pat gali būti laikomas bet kokios kvantinės gravitacijos teorijos bendrosios prognozės patvirtinimu esant mažoms energijoms.

Profesorius Anupamas Mazumdaras iš Groningeno universiteto priduria: „Siekdami suprasti kvantinę gravitacijos prigimtį, galime išbandyti kitus fundamentaliosios fizikos aspektus, pavyzdžiui, egzotiškus nukrypimus nuo Niutono gravitacijos nedideliais atstumais.

„Tai sudėtingas eksperimentas, o šis projektas yra novatoriškas sprendžiant kai kuriuos pagrindinius techninius iššūkius, kad šie kvantinių gravitacijos aspektų bandymai taptų realybe“, – sako fizikos docentas Andrew Geraci. Šiaurės Vakarų universitetas.

Projektas vadinamas „MAST-QG: makroskopinės superpozicijos, skirtos žiūrėti į gravitacijos kvantinę prigimtį”.