Yerçekimi bir nicelik midir? Evrenin derinliklerini keşfetmek için yeni bir deneyim

• Bilim insanları yer çekiminin kuantum olup olmadığını test edecek bir deney geliştiriyor
• Atomların ve moleküllerin davranışını tanımlayan kuantum mekaniğinde, şeyler bildiğimiz her şeyden farklı davranır: aynı anda iki yerde olacak şekilde kuantum süperpozisyon durumunda olabilirler.
• Şimdi bilim insanları, minik elmasları boşluğa fırlatarak yerçekiminin bu şekilde çalışıp çalışmadığını belirlemenin bir yolunu arıyorlar.
• Yerçekimi kuantum olsaydı, elmaslar “dolanık” olurdu; bu, iki nesneyi günlük yaşamda imkansız olan şekillerde güçlü bir şekilde birbirine bağlayan ilginç bir olgudur.
• Bu araştırma kara deliklerin anlaşılmasına yardımcı olacak büyük patlamaVe evren

Kuantum yerçekimi deneyi

Bilim insanları, evrenimizle ilgili en derin sorulardan biri olan yerçekiminin kuantum olup olmadığını test etmek için bir deney geliştiriyor.

Genel görelilik ve kuantum mekaniği doğaya dair iki temel tanımlamamızdır. Genel görelilik yerçekimini büyük ölçeklerde açıklarken, kuantum mekaniği atom ve moleküllerin davranışlarını açıklar.

Teorileri birleştirmenin zorluğu

Temel fizikteki tartışmasız en önemli çözülmemiş problem, bu iki teoriyi birleştirmenin doğru yoludur; yani yerçekiminin kuantum düzeyinde işleyip işlemediğini belirlemek. Teorik çalışmalar birçok olasılık ortaya koyarken, yerçekiminin davranışını tam olarak anlamak için deneylere ihtiyaç vardır.

Gavin Morley’in laboratuvarındaki bir lazer ışını, elmasların kuantum özelliklerini araştırıyor. Kredi bilgileri: Gavin Morley

Küresel konsorsiyumdan devrim niteliğinde bir deneyim

Yüz yıl boyunca, yerçekiminin kuantum doğası üzerine deneyler çok uzak görünüyordu, ancak şimdi Warwick Üniversiteleri, University College London, Yale (ABD), Northwestern (ABD) ve Groningen (Hollanda) merkezli bilim adamları birlikte çalışacaklar. Bu Bulmacayı araştırın. .

Yeni fikirleri, iki küçük elması bir boşluğa kaldırmak ve ikisini de aynı anda iki yerde olacak şekilde kuantum süperpozisyonuna yerleştirmektir. Bu mantık dışı davranış kuantum mekaniğinin temel bir özelliğidir.

Profesör Morley’in deneye ilişkin vizyonu

Her bir elmas Schrödinger’in kedisinin daha küçük bir versiyonu olarak düşünülebilir. Baş Araştırmacı Profesör Gavin Morley, Fizik Bölümü, Warwick ÜniversitesiŞöyle açıklıyor: “Schrödinger’in kedisi, gündelik nesnelerin (ve evcil hayvanların!) aynı anda iki yerde bulunması nedeniyle kuantum süperpozisyon durumunda olmasının gerçekten tuhaf olacağını öne süren bir düşünce deneyidir. Bunun sınırlarını test etmek istiyoruz. fikir.”

“Atomları ve molekülleri başarılı bir şekilde bu süperpozisyon durumuna yerleştirdik, ancak bunu çok daha büyük nesnelerle yapmak istiyoruz. Elmaslarımız bir milyar veya daha fazla atomdan oluşuyor. Yer çekiminin kuantum doğasını test etmek için etkileşimlere bakmalıyız. yer çekimi nedeniyle bu elmaslardan ikisi arasında.

“Yerçekimi kuantum olsaydı, iki elması dolaştırabilirdi. Dolaşıklık, iki şeyin günlük hayatımızda mümkün olandan daha güçlü bir şekilde birbirine bağlandığı benzersiz bir kuantum etkisidir. Örneğin, iki madeni para birbirine dolanabilseydi, şunu bulabilirsiniz: ters çevirdiğinizde tura mı yoksa yazı mı olacağını bilmek imkansız olsa bile aynı şekilde aşağı inerler.

Zorluklar ve yansımaları

Ekibin proje sırasında araştıracağı bu fikrin hayata geçirilmesinde hâlâ birçok zorluk var. Dr. David Moore şöyle diyor: “Örneğin, yerçekimi dışındaki nanopartiküller arasındaki tüm etkileşimleri ortadan kaldırmamız gerekiyor; bu da çok zordur çünkü yerçekimi çok zayıftır.” Yale Üniversitesi.

Yeni bir multidisipliner kuantum teknolojisi araştırma girişimi olan Warwick Quantum’un kurucu direktörü Profesör Morley şunları ekledi: “Benim için şu anda fizikteki en önemli sorun, yerçekiminin kuantum doğasını test edebilecek bir deney geliştirmektir. Bu yeni proje tam da buna yönelik heyecan verici yolculuğumuzun bir ivmesidir.

İşbirliği yapan akademisyenlerin bakış açıları

University College London’dan Profesör Sugato Bose şu yorumu yaptı: “Kuantum mekaniğini ve genel göreliliği birleştirmenin doğru yolunu keşfedebilecek deneyler yapmanın fizikçiler için ne kadar önemli olduğunu abartmak zor. Kuantum yerçekimi teorileri üzerinde çalışan insanlar, örneğin Sicim teorisi genellikle yüksek enerjilerde, kara deliklerin yakınında ve büyük patlamada neler olduğuna odaklanır.

“Buna karşılık, bizim çalışmalarımız Dünya’daki düşük enerji rejiminde yapılıyor, ama aynı zamanda şu konularda paha biçilmez bilgiler de sağlayacak… ikisinden biri Yerçekimi kuantumdur. Deney aynı zamanda düşük enerjilerdeki herhangi bir kuantum yerçekimi teorisinin genel tahmininin doğrulanması olarak da düşünülebilir.

Groningen Üniversitesi’nden Profesör Anupam Mazumdar şunları ekliyor: “Yer çekiminin kuantum doğasını anlama yolunda, kısa mesafelerde Newton yerçekiminden egzotik sapmalar gibi temel fiziğin diğer yönlerini test edebiliriz.”

Fizik doçenti Andrew Geraci, “Bu zorlu bir deney ve bu proje, yerçekiminin kuantum yönlerine ilişkin bu testleri gerçeğe dönüştürmede bazı temel teknik zorlukların üstesinden gelme konusunda çığır açıcı nitelikte” diyor. kuzeybatı Üniversitesi.

Projenin adı “MAST-QG: Yerçekiminin kuantum doğasını görüntülemeye yönelik makroskopik süperpozisyonlar.”