Kvanttimekaniikka ja suhteellisuusteoria kohtaavat uudessa kokeessa
Fyysikot ovat onnistuneet testaamaan pitkäaikaisen teoreettisen ongelman kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteorian välillä käyttämällä uutta atomi-interferometriä.
Negevin Ben-Gurionin yliopiston tutkijat ovat onnistuneet toteuttamaan kokeen, joka tutkii, miten kvanttimekaniikka ja Einsteinin gravitaatioteoria toimivat yhdessä vapaassa pudotuksessa. Tutkimus, johon osallistui myös Nobelin palkinnon saaja Roger Penrose, käytti uudenlaista atomi-interferometriä mittaamaan yhden atomin aaltomaisen ominaisuuden muutoksia, kun se kokee vapaan putoamisen.
Pitkään on spekuloitu, että kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteorian välillä voi olla ristiriitoja vapaan putoamisen ilmiössä. Kokeen suorittaminen on ollut haastavaa, koska tarvittavien mittausten tekeminen on vaatinut erittäin tarkkaa laitteistoa. Tutkijoiden kehittämä interferometri antaa atomille kaksi samanaikaista reittiä: toinen vapaassa pudotuksessa ja toinen paikallaan pysyessä.
Galilein ajoista asti esineiden putoamista on voitu kuvailla klassisen fysiikan keinoin. Kvanttimekaniikka kuitenkin esittää, että kaikki hiukkaset, kuten atomit, ovat myös aaltoja. Aallon vaihe, joka mittaa sen huipun tai pohjan, voi muuttua gravitaation vaikutuksesta vapaassa pudotuksessa. Tämä koe mahdollistaa tämän vaihemuutoksen mittaamisen.
Tulokset voivat tarjota arvokasta tietoa kvanttigravitaation luonteesta ja mahdollisesti auttaa yhdistämään kaksi fysiikan peruspilaria, kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteorian, yhdeksi yhtenäiseksi teoriaksi.