3

У квантовых частиц нашли «чувства» к гравитации

14 января 2022
14.01.2022
16279
2 минуты на чтение
1

Если вы суеверны, то черная кошка, перешедшая вам дорогу – плохая примета, даже если вы держитесь от нее подальше. Подобным образом квантовые частицы могут «чувствовать» влияние магнитных полей, с которыми они не контактируют. Ученые продемонстрировали, что этот квантовый эффект относится не только к магнитным полям, но также и к гравитации. И здесь нет ничего общего с суеверием.

Обычно, чтобы частица подверглась воздействию магнитного поля, она должна пройти через него. В 1959 году физики Якир Ааронов и Дэвид Бом предсказали, что при определенных условиях это правило не работает. Магнитное поле, содержащееся в цилиндрической емкости, может воздействовать на частицы – например, электроны, — которые не попадают в цилиндр. В этом случае у электронов нет четкого расположения, они находятся в суперпозиции – это квантовое состояние, описываемое вероятностью появления частицы в двух разных местах. Каждая частица одновременно движется по двум траекториям вокруг магнитного цилиндра. Несмотря на то, что магнитное поле не соприкасается с электронами и, следовательно, не оказывает на них никакой силы, оно изменяет картину того, где окажутся частицы в конце своего пути, как было доказано многочисленными экспериментами.

В новом же эксперименте, не менее причудливая физика коснулась гравитационных полей. Ученые опубликовали об этом статью в журнале Science.

Марк Касевич и другие ученые запустили атомы рубидия в вакуумную камеру высотой 10 метров, при помощи лазеров привели их в состояние суперпозиции, отслеживая два разных пути, и наблюдали за тем, как атомы падали. Примечательно, что частицы находились не в зоне, свободной от гравитационного поля. Напротив, эксперимент был разработан для того, чтобы исследователи могли отсеять эффекты гравитационных сил и наблюдать чистый эффект Ааронова – Бома.

Исследование не только показывает известный физический эффект в новом свете, но и демонстрирует потенциал для изучения тонких эффектов гравитационных систем. Например, исследователи планируют использовать этот тип техники для более точного вычисления гравитационной постоянной Ньютона (G), описывающей силу гравитации и наименее точно известной сегодня по сравнению с другими фундаментальными постоянными природы.

Ключ к расшифровке результатов эксперимента – феномен интерференции. В квантовой физике атомы и другие частицы ведут себя, как волны, способные увеличиваться или уменьшаться подобно двум морским валам, сливающимся в волну побольше. В конце полета атомов ученые рекомбинировали два их пути так, чтобы их волны интерферировали. Затем они измерили долетевшие атомы. Места прибытия очень чувствительны к стороннему воздействию, изменяющему расположение пиков и впадин волн – так называемый фазовый сдвиг.

В верху вакуумной камеры исследователи поместили кусок вольфрама массой 1,25 кг. Чтобы изолировать эффект Ааронова – Бома, исследователи провели один и тот же эксперимент с массой и без нее для двух разных наборов атомов, один из которых пролетал вблизи массы, а другой – ниже нее. Каждый из этих наборов был введен в состояние суперпозиций, причем один путь проходил ближе к массе, чем другой, на расстоянии около 25 сантиметров. Другие наборы атомов, суперпозиции которых были разбиты на меньшие расстояния, служили дополнением. Сравнение того, как разные наборы атомов интерферировали – как с вольфрамовой массой, так и без нее, – помогло выделить фазовый сдвиг, произошедший не из-за гравитации. Это изменение происходило из-за замедления времени – одной из особенностей общей теории гравитации Эйнштейна, в следствие которой время протекает медленнее вблизи массивного объекта. Таким образом, подобно тому, как частицы «чувствуют» электромагнитное поле, не соприкасаясь с ним, они «чувствуют» и гравитацию.

Две теории, лежащие в основе этого эксперимента – общая теория относительности и квантовая механика – не очень хорошо ладят друг с другом. На данный момент ученые не знают, каким образом совместить их, чтобы достоверно описать реальность. Физик Гульельмо Тино из Университета Флоренции, не участвовавший в новом исследовании, считает, что «зондирование гравитации при помощи квантового датчика — одна из наиболее важных задач на данный момент».

Оставляя комментарии на сайте «Мира фантастики», я подтверждаю, что согласен с пользовательским соглашением Сайта.

Статьи

Чем Киллербот покорил поклонников фантастики?
0
20
Чем цепляют «Дневники Киллербота» Марты Уэллс?

Цикл и роман Марты Уэллс, завоевавшие «Хьюго»

Игры 2021 года, которые мы пропустили. Часть 1 4
0
6609
Игры 2021 года, которые мы пропустили. Часть 1

Пять игр, которые бросают вам вызов.

Обзор Serious Sam: Siberian Mayhem. Отличная клюква за свои деньги! 13
0
50255
Обзор Serious Sam: Siberian Mayhem. Отличная «клюква» за свои деньги!

АААА-аааа-ААААА-ааа-ААААААА!!!

Лучшие сериалы 2021
0
142798
Делимся сериальными открытиями 2021 года в 43-м выпуске Фантастического подкаста

Про «Аркейн» и «Игру в кальмара» почти не говорили. А про что? Про множество неамериканских сериалов, о которых вы могли не слышать.

«Этерна: Часть первая». Обзор-дуэль. Атакуем и защищаем экранизацию 5
0
64911
Альтернативный взгляд на «Отблески Этерны». За кого «болеют» читатели?

Почему где-то после выхода третьей книги цикла ряды читателей раскололись на «правильных» и «неправильных».

Конкурс для любителей игр
0
459714
Конкурс для любителей настольных и видеоигр

Победители получат призы от Hobby World и возможность влиться в команду МирФ!

Сериал «Станция одиннадцать»: мир и Шекспир после эпидемии 5
0
122861
Сериал «Станция одиннадцать»: мир и Шекспир после эпидемии

Шекспировская трагедия о преемственности поколений в условиях пандемийного апокалипсиса. 

«Мемы — это унары, господа ноги»: лучшие мемы по «Этерне» 1
0
312253
«Мемы — это унары, господа ноги»: лучшие мемы по «Этерне»

Собираем лучшие шутки по экранизации фэнтезийного цикла Веры Камши. Благо, в фильме предостаточно материала для этого.

Спецпроекты

Top.Mail.Ru

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: