تجربة ذرية تقيس أثر الجاذبية في التداخل الكمّي

ما الذي قاسه الفريق؟

قاس الفريق مباشرةً فرق الطور الكمّي الذي تولّده الجاذبية بين مسارين متماسكين لذرات روبيديوم فائقة البرودة. كان أحد المسارين مدعوماً مغناطيسياً بحيث يبقى شبه ثابت في مواجهة الجاذبية، بينما أُطلق الآخر إلى أعلى ثم اتبع مسار سقوط حر صعوداً وهبوطاً. وأظهر انزياح نمط التداخل توافقاً، ضمن دقة التجربة، مع فرق الطور الذي يتنبأ به مبدأ التكافؤ لأينشتاين لهذين المسارين. 24

كيف أُجري القياس؟

استُخدمت نبضات ميكروويف لوضع الذرات قرب شريحة ذرية في تراكب بين تاريخين مرتبطين بالحالة الداخلية والمسار. أبقت الحقول المغناطيسية أحد الفرعين معلقاً تقريباً ضد الجاذبية، فيما تحرك الفرع الآخر حركة باليستية: انطلق صعوداً ثم عاد هابطاً في سقوط حر. وعند إعادة جمع الفرعين، تحوّل فرق الطور المتراكم بينهما إلى إشارة تداخل قابلة للقياس. 24

ماذا تثبت النتيجة — وماذا لا تثبته؟

تثبت النتيجة أنه، في نطاق ذرات مفردة وتحت جاذبية الأرض الضعيفة، ينسجم التطور الكمّي المعتاد مع التنبؤ القائم على مبدأ التكافؤ. وهي لذلك اختبار مباشر، عبر التداخل الكمّي، للطور المرتبط بالسقوط الحر، لا مجرد اختبار لمسار جسم كلاسيكي. 24

لكنها لا توحّد ميكانيكا الكم مع النسبية العامة، ولا تثبت أن الجاذبية نفسها مكمّاة، ولا تكشف عن غرافيتونات، ولا تحسم الاختيار بين تصور كمّي للجاذبية وآخر كلاسيكي لها. ولإظهار الطبيعة الكمّية للجاذبية، يلزم مثلاً دليل على أن الجاذبية تستطيع توليد تشابك كمّي بين كتل معزولة على نحو مناسب. 23

أين تقع فرضية روجر بنروز؟

اقترح روجر بنروز آلية انهيار موضوعي مرتبطة بالجاذبية: فإذا وُضع جسم ذو كتلة في تراكب مكاني، فإن فرعي التراكب يقابلان هندستين مختلفتين لانحناء الزمكان، ما قد يجعل الحالة غير مستقرة. ووفق هذا التصور، تتلاشى قابلية التراكب أو التماسك خلال زمن يرتبط بفارق طاقة الجاذبية الذاتية بين توزيعي الكتلة. 9

ولهذا تكتسب الأجسام الأثقل أهمية خاصة. فذرة روبيديوم واحدة خفيفة جداً بحيث لا تتيح اختباراً قوياً لانهيار متزايد مع الكتلة من نوع بنروز. وقد تسمح مقاييس التداخل التي تُنتج تراكبات مكانية كبيرة وطويلة العمر لأجسام أثقل — مثل ألماسات نانوية معلّقة أو جسيمات متوسطة الحجم أخرى — بالبحث عن فقدان غير مفسر للتداخل بالمعدل الذي تتنبأ به نماذج بنروز. ويتطلب ذلك أولاً استبعاد فقدان التماسك المعتاد الناتج من البيئة بدقة شديدة. 19

إذا استمر التماسك لفترة أطول مما تتنبأ به هذه النماذج، فسيقيّد ذلك فرضية الانهيار. أما إذا ظهر تلاشي إضافي قابل للتكرار ويتبع الاعتماد المتوقع على الكتلة والمسافة والزمن، فسيعد دعماً لها، مع بقاء ضرورة استبعاد مصادر الضوضاء والتأثيرات التجريبية البديلة. 19