Если вы суеверны, то черная кошка на вашем пути - плохая примета, даже если вы держитесь на расстоянии.
Так само і в квантовій фізиці: частинки можуть відчувати вплив магнітних полів, з якими вони ніколи не вступають у прямий контакт.
Тепер учені довели, що цей моторошний квантовий ефект діє не тільки для магнітних полів, а й для гравітації - і це не марновірство, повідомляє sciencenews.org.
Зазвичай, щоб відчути вплив магнітного поля, частинка має пройти крізь нього. Але 1959 року фізики Якір Агаронов і Девід Бом передбачили, що за певного сценарію загальноприйнята думка не спрацює. Магнітне поле, укладене в циліндричній області, може впливати на частинки - електрони, наприклад, - які ніколи не з'являлися в циліндрі.
У цьому сценарії електрони не мають чітко визначеного місця розташування, вони перебувають у "суперпозиціях" - квантових станах, що описуються ймовірністю матеріалізації частинки у двох різних місцях.
У такому разі кожна частинка одночасно проходить два різні шляхи навколо магнітного циліндра. Незважаючи на те, що магнітне поле ніколи не торкається електронів і, отже, не чинить на них жодного силового впливу, воно змінює шлях руху частинок.
У новому експерименті така ж дивна фізика діє і щодо гравітаційних полів, повідомляють фізики в журналі Science від 14 січня.
Фізик Марк Касевич зі Стенфордського університету і його колеги запустили атоми рубідію у вакуумну камеру заввишки 10 метрів, обстріляли їх лазерами, щоб помістити в квантові суперпозиції, і спостерігали за тим, як поводяться атоми.
Примітно, що частинки не перебували в зоні, вільній від гравітаційного поля. Експеримент був розроблений таким чином, що дослідники могли відфільтрувати вплив гравітаційних сил, оголивши вплив Ахаронова-Бома.
Дослідження не тільки розкриває відомий фізичний ефект у новому контексті, а й демонструє потенціал для вивчення тонких ефектів у гравітаційних системах.
Фізики мають намір використовувати цей принцип для кращого вимірювання гравітаційної постійної Ньютона, яка показує силу тяжіння. Наразі вона відома менш точно, ніж інші фундаментальні константи природи.
Ключовим у цьому експерименті є явище, зване інтерференцією. У квантовій фізиці атоми та інші частинки поводяться як хвилі, які можуть складатися і відніматися, подібно до того, як дві хвилі, зливаючись в океані, утворюють велику хвилю.
Наприкінці польоту атомів учені рекомбінували два шляхи атомів, щоб їхні хвилі інтерферували, а потім виміряли місця прибуття атомів. Вони дуже чутливі до змін, - таке явище відоме як фазові зсуви.
У верхній частині вакуумної камери вчені помістили шматок вольфраму масою 1,25 кілограма. Щоб виокремити ефект Ахаронова-Бома, фізики провели один і той самий експеримент із цією масою і без неї, а також для двох різних наборів запущених атомів, один із яких летів близько до маси, а інший - трохи далі.
Кожен із цих двох наборів атомів був розділений на суперпозиції, причому один шлях пролягав ближче до маси, ніж інший, на відстані близько 25 сантиметрів.
Були й інші набори атомів із суперпозиціями, розділеними меншими відстанями. Порівняння того, як різні набори атомів взаємодіють з вольфрамовою масою і без неї, дало змогу виявити фазовий зсув, який не був зумовлений гравітаційною силою.
Натомість зсув був спричинений уповільненням часу - властивістю загальної теорії відносності Ейнштейна, яка змушує час іти повільніше поблизу масивного об'єкта.
Дві теорії, які лежать в основі цього експерименту, загальна теорія відносності та квантова механіка, не дуже добре працюють разом. Вчені не знають, як їх об'єднати, щоб описати реальність.
Тому для фізиків, каже Гульєльмо Тіно з Флорентійського університету, який не брав участі в новому проєкті, "думаю, дослідження гравітації за допомогою квантового датчика, справді, є одним із ... найважливіших завдань на даний момент".
