Начинът, по който гравитацията влияе на квантовата сфера, досега оставаше загадъчен. Но експеримент, който използва лазери като пинсети, може да позволи на изследователите да оценят как земното гравитационно привличане влияе на атом, който тиктака като часовник.
При изключително ниски температури - представете си милиардни части от градуса над абсолютната нула - квантовите ефекти карат атомите да се държат като „вълни на материята“, а не като частици. Физиците отдавна се възползват от това: като сблъскват различни вълни от материя и измерват получените пулсации, те могат да определят силите влияещи на атомите, процес, наречен атомна интерферометрия.
Йоав Саги (Yoav Sagi) и Илан Мелцер (Ilan Meltzer) от Техническия институт на Израел (Technion-Israel Institute of Technology) са измислили интригуващ интерферометричен експеримент, който би могъл да определи как идеите на Алберт Айнщайн за гравитацията работят в квантовата сфера. Ако гравитацията може да промени квантовото състояние, това може да има далечни последици. Например, това може да помогне да се обясни защо една квантова частица може да съществува на няколко места едновременно, състояние, наречено суперпозиция, а голям и тежък обект - не.
Тестът се основава на един-единствен атом итербий. Такива атоми са били използвани преди в изключително прецизни атомни часовници, които управляват свръхстудени атоми чрез електромагнитните сили, възникващи от лазерни лъчи. Лазерната светлина може да накара електроните в атома бързо да се колебаят между две специфични квантови състояния, като всяко колебание действа като тиктакане на часовник. Лазерната светлина може също така да контролира позицията на атома, сякаш той се държи в пинсета. Експериментът с интерферометрията започва със същата конфигурация.
Тъй като студеният атом се държи като вълна, той може да съществува в суперпозиция: ако изследователите поставят втори комплект лазерни пинсети близо до първия, атомът-вълна може да се окаже в две състояния, като атомът се намира едновременно и в двете пинсети. След това изследователите ще разделят пинсетите на няколко милиметра, преди да ги съберат отново. Рекомбинацията би довела до сблъсък на двата компонента на състоянието на суперпозиция, което би довело до появата на пулсации като при всеки интерферометричен експеримент.
Всичко това ще се извърши с един атом, който ще действа и като часовник, така че експериментът ще бъде чувствителен към всичко странно, което може да се случи с времето - например гравитацията да го забави, обяснява Саги. Общата теория на относителността на Айнщайн предвижда такъв ефект, като твърди, че времето се забавя в области, които изпитват по-силно гравитационно привличане. Например часовник на морското равнище работи много по-бавно от часовник, разположен на върха на планина и следователно по-далеч от гравитационното влияние на Земята.
Следователно изследователите биха могли да приложат квантова версия на парадокса на Айнщайн за близнаците. Този мисловен експеримент обикновено се отнася до различното протичане на времето при двойка близнаци, единият от които остава на Земята, а другият пътува с космически кораб, който се движи толкова бързо, че времето се забавя. В новия случай близнаците са квантовите състояния на атома - всяко от тях се държи в различен чифт пинсети - и експериментът е ориентиран така, че тези състояния са подредени вертикално, едно над друго. Тъй като двете пинсети ще бъдат на различна височина и следователно ще изпитват различни гравитационни потенциали, гравитационното притегляне би могло да накара атомния часовник в едната от пинсетите да тиктака малко по-бавно от другия. Ако изследователите успеят да открият признаци на този ефект след сближаването на пинсетите, това би означавало, че гравитацията променя състоянията на квантовите обекти, като прави двете части на суперпозицията различни.
Хендрик Улбрихт (Hendrik Ulbricht) от Университета в Саутхемптън, Великобритания, посочва, че подобни протоколи са били прилагани в експерименти и преди, но не са били достатъчно чувствителни, за да се определи окончателно как гравитацията променя квантовото състояние на атома или начина, по който той преживява времето. Използването на оптични пинсети би могло да помогне, но „експериментите ще трябва да докажат дали това наистина е така“, подчертава той.
Саги е убеден, че това ще стане. „В никакъв случай не твърдя, че този експеримент ще бъде лесен, но ние предлагаме нещо, което поне е възможно да се направи със сегашната технология“, заявява той. Екипът му вече е извършил някои предварителни експерименти, но все още не е изградил пълната инсталация с итербий.
Справка: Atomic clock interferometry using optical tweezers; Ilan Meltzer and Yoav Sagi; Phys. Rev. A
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари