Главная Новости Физики доказали, что атомы «чувствуют» гравитацию и магнитные поля

Физики доказали, что атомы «чувствуют» гравитацию и магнитные поля

Если вы суеверны, то черная кошка на вашем пути - плохая примета, даже если вы держитесь на расстоянии, пишет Альтернативная наука.

Точно так же и в квантовой физике: частицы могут ощущать влияние магнитных полей, с которыми они никогда не вступают в прямой контакт.

Теперь ученые доказали, что этот жуткий квантовый эффект действует не только для магнитных полей, но и для гравитации - и это не суеверие, сообщает sciencenews.org.

Обычно, чтобы почувствовать влияние магнитного поля, частица должна пройти сквозь него. Но в 1959 году физики Якир Агаронов и Дэвид Бом предсказали, что при определенном сценарии общепринятое мнение не сработает. Магнитное поле, заключенное в цилиндрической области, может воздействовать на частицы - электроны, например, - которые никогда не появлялись в цилиндре.

В этом сценарии электроны не имеют четко определенного местоположения, они находятся в "суперпозициях" - квантовых состояниях, описываемых вероятностью материализации частицы в двух разных местах.

В таком случае каждая частица одновременно проходит два разных пути вокруг магнитного цилиндра. Несмотря на то, что магнитное поле никогда не касается электронов и, следовательно, не оказывает на них никакого силового воздействия, оно изменяет путь движения частиц.

В новом эксперименте такая же странная физика действует и в отношении гравитационных полей, сообщают физики в журнале Science от 14 января.

 

Физик Марк Касевич из Стэнфордского университета и его коллеги запустили атомы рубидия в вакуумную камеру высотой 10 метров, обстреляли их лазерами, чтобы поместить в квантовые суперпозиции, и наблюдали за тем, как ведут себя атомы.

Примечательно, что частицы не находились в зоне, свободной от гравитационного поля. Эксперимент был разработан таким образом, что исследователи могли отфильтровать влияние гравитационных сил, обнажив влияние Ахаронова-Бома.

Исследование не только раскрывает известный физический эффект в новом контексте, но и демонстрирует потенциал для изучения тонких эффектов в гравитационных системах.

Физики намерены использовать этот принцип для лучшего измерения гравитационной постоянной Ньютона, которая показывает силу притяжения. В настоящее время она известна менее точно, чем другие фундаментальные константы природы.

Ключевым в этом эксперименте - явление, называемое интерференцией. В квантовой физике атомы и другие частицы ведут себя как волны, которые могут складываться и вычитаться, подобно тому, как две волны, сливаясь в океане, образуют большую волну.

В конце полета атомов ученые рекомбинировали два пути атомов, чтобы их волны интерферировали, а затем измерили места прибытия атомов. Они очень чувствительны к изменениям, - такое явление известно как фазовые сдвиги.

В верхней части вакуумной камеры ученые поместили кусок вольфрама массой 1,25 килограмма. Чтобы выделить эффект Ахаронова-Бома, физики провели один и тот же эксперимент с этой массой и без нее, а также для двух разных наборов запущенных атомов, один из которых летел близко к массе, а другой — чуть дальше.

Каждый из этих двух наборов атомов был разделен на суперпозиции, причем один путь пролегал ближе к массе, чем другой, на расстоянии около 25 сантиметров.

Были и другие наборы атомов с суперпозициями, разделенными меньшими расстояниями. Сравнение того, как различные наборы атомов взаимодействуют с вольфрамовой массой и без нее, позволило выявить фазовый сдвиг, который не был обусловлен гравитационной силой.

Вместо этого сдвиг был вызван замедлением времени - свойством бщей теории относительности Эйнштейна, которая заставляет время идти медленнее вблизи массивного объекта.

Две теории, которые лежат в основе этого эксперимента, общая теория относительности и квантовая механика, не очень хорошо работают вместе. Ученые не знают, как их объединить, чтобы описать реальность.

Поэтому для физиков, говорит Гульельмо Тино из Флорентийского университета, который не участвовал в новом проекте, "думаю, исследование гравитации с помощью квантового датчика, действительно является одной из ... самых важных задач на данный момент".