Este gravitația o cantitate? O nouă experiență pentru a explora adâncurile universului

• Oamenii de știință dezvoltă un experiment pentru a testa dacă gravitația este cuantică sau nu
• În mecanica cuantică, care descrie comportamentul atomilor și moleculelor, lucrurile se comportă diferit față de tot ceea ce știm: ele pot fi într-o stare de suprapunere cuantică astfel încât să fie în două locuri în același timp.
• Acum, oamenii de știință caută o modalitate de a determina dacă gravitația funcționează astfel, prin levitarea diamantelor minuscule într-un vid.
• Dacă gravitația ar fi cuantică, diamantele ar fi „încurcate” – un fenomen interesant care conectează puternic două obiecte în moduri care sunt imposibile în viața de zi cu zi.
• Această cercetare va ajuta la înțelegerea găurilor negre marea explozieȘi universul

Experimentul gravitației cuantice

Oamenii de știință dezvoltă un experiment pentru a testa dacă gravitația este cuantică, una dintre cele mai profunde întrebări despre universul nostru.

Relativitatea generală și mecanica cuantică sunt cele două descrieri de bază ale naturii. Relativitatea generală explică gravitația la scară mare, în timp ce mecanica cuantică explică comportamentul atomilor și moleculelor.

Provocarea unificării teoriilor

Probabil că cea mai importantă problemă nerezolvată din fizica fundamentală este modalitatea corectă de a combina aceste două teorii – pentru a determina dacă gravitația funcționează la nivel cuantic. În timp ce lucrările teoretice au sugerat multe posibilități, sunt necesare experimente pentru a înțelege pe deplin comportamentul gravitației.

Un fascicul laser din laboratorul lui Gavin Morley explorează proprietățile cuantice ale diamantelor. Credit: Gavin Morley

O experiență revoluționară a consorțiului global

Timp de o sută de ani, experimentele asupra naturii cuantice a gravitației păreau exagerate, dar acum oamenii de știință din universitățile din Warwick, University College London, Yale (SUA), Northwestern (SUA) și Groningen (Olanda) vor lucra împreună pentru a investighează acest puzzle. .

Noua lor idee este să ridice două diamante minuscule într-un vid și să le plaseze pe amândouă într-o suprapunere cuantică de a fi în două locuri în același timp. Acest comportament contraintuitiv este o caracteristică fundamentală a mecanicii cuantice.

Viziunea profesorului Morley asupra experimentului

Fiecare diamant poate fi considerat o versiune mai mică a pisicii lui Schrödinger. Cercetator principal, profesorul Gavin Morley, Departamentul de Fizică, Universitatea din WarwickEl explică: „Pisica lui Schrödinger este un experiment de gândire care sugerează că ar fi cu adevărat ciudat ca obiectele de zi cu zi (și animalele de companie!) să fie într-o stare de suprapunere cuantică pentru că se află în două locuri simultan. Vrem să testăm limitele acestui lucru. idee.”

„Am plasat cu succes atomi și molecule în această stare de suprapunere, dar vrem să o facem cu obiecte mult mai mari. Diamantele noastre sunt formate din un miliard sau mai mulți atomi. Pentru a testa natura cuantică a gravitației, trebuie să căutăm interacțiuni. între două dintre aceste diamante din cauza gravitației.”

„Dacă gravitația ar fi cuantică, ar fi capabilă să încurce două diamante. Încurcarea este un efect cuantic unic în care două lucruri sunt conectate mai puternic decât este posibil în viața noastră de zi cu zi. De exemplu, dacă două monede ar putea fi încurcate, ați putea descoperi că când le răsturnați, coboară în același mod chiar dacă este imposibil să știți dacă vor fi ambele capete sau cozi.

Provocări și repercusiuni

Există încă multe provocări în realizarea acestei idei, pe care echipa o va investiga în timpul proiectului. „De exemplu, trebuie să eliminăm toate interacțiunile dintre nanoparticule, altele decât gravitația, ceea ce este foarte dificil, deoarece gravitația este atât de slabă”, spune dr. David Moore, de la universitatea Yale.

Profesorul Morley, care este directorul fondator al Warwick Quantum, o nouă inițiativă multidisciplinară de cercetare a tehnologiei cuantice, a adăugat: „Pentru mine, cea mai importantă problemă din fizică în acest moment este dezvoltarea unui experiment care poate testa natura cuantică a gravitației. Acest nou proiect este o accelerare a călătoriei noastre incitante spre asta.

Perspective de la savanți colaboratori

Profesorul Sugato Bose, de la University College London, a comentat: „Este dificil de exagerat cât de important este pentru fizicieni să efectueze experimente care pot descoperi modul corect de a combina mecanica cuantică și relativitatea generală. Oamenii care lucrează la teorii ale gravitației cuantice, cum ar fi teoria corzilor, de obicei se concentrează pe Ce se întâmplă la energii mari, lângă găurile negre și la Big Bang.

„Dimpotrivă, munca noastră se desfășoară în regim de energie scăzută aici pe Pământ, dar va oferi și informații neprețuite despre… dacă Gravitația este cuantică. Experimentul poate fi considerat și o verificare a predicției generale a oricărei teorii cuantice a gravitației la energii joase.

Profesorul Anupam Mazumdar, de la Universitatea din Groningen, adaugă: „Pe drumul către înțelegerea naturii cuantice a gravitației, putem fi capabili să testăm alte aspecte ale fizicii fundamentale, cum ar fi abaterile exotice de la gravitația newtoniană pe distanțe scurte”.

„Acesta este un experiment provocator, iar acest proiect este inovator în abordarea unora dintre provocările tehnice cheie pentru a face aceste teste ale aspectelor cuantice ale gravitației în realitate”, spune Andrew Geraci, profesor asociat de fizică. Universitatea Northwestern.

Proiectul se numește „MAST-QG: Superpoziții macroscopice spre vizualizarea naturii cuantice a gravitației”.