Учёные впервые наблюдали явление суперпозиции в атомах

Насколько известно физикам, для описания Вселенной прекрасно подходят две теории. Одна из них — общая теория относительности Эйнштейна — описывает искривление пространства-времени как причину того, что мы называем «гравитацией». Вторая отлично описывает поведение вещества на микроскопических масштабах, на уровне атомов и субатомных частиц. Тем не менее на протяжении почти столетия существует довольно серьёзная задача: эти две теории не согласуются друг с другом.

Одним из ключевых камней преткновения является гравитация: Эйнштейн утверждает, что это эффект, вызванный искривлением пространства-времени, в то время как квантовые физики выдвигают гипотезу о существовании такой частицы, как гравитон, которая является переносчиком гравитационного взаимодействия. Всё это время учёные пытались найти доказательства, которые могли бы соединить эти две великие теории, но до сих пор их не получается успешно объединить.

Теперь же в новом исследовании, проведённом учёными из Австралийского национального университета (ANU) в Канберре, Университета Квинсленда и Университета Оклахомы, впервые экспериментально подтвердилось, что импульс атомов может участвовать в запутанности. Учёные знали о запутанности атомов (и запутанности импульса фотонов) уже несколько десятилетий, но это первое подтверждение запутанности импульса атомов. Оно имеет решающее значение для нашего понимания физики — атомы обладают массой и, итак, могут предоставить учёным возможность изучать квантовые эффекты и гравитационные силы в одном и том же эксперименте.

Для проведения эксперимента учёные использовали три облака холодных атомов гелия, удерживаемых в магнитной ловушке. После отключения магнитов атомы под действием силы тяжести прошли через серию лазерных лучей, которые создавали разнообразные траектории, по которым атомы могли двигаться с одинаковой вероятностью. Эта установка известна как интерферометр Рэрити — Тапстера (специально разработанное оптическое устройство для измерения нелокальности, или запутанности) в контексте так называемой проверки неравенства Белла (которая проверяет нелокальную природу частиц в отличие от локальному реализму Эйнштейна).