נמדד הפרש הפאזה הכבידתי באטומים קרים — ומה זה עדיין לא אומר על כבידה קוונטית

הצוות הבינלאומי בהובלת רון פולמן מדד ישירות את הפרש הפאזה הקוונטי שנגרם על ידי כבידת כדור הארץ בין שני מסלולים קוהרנטיים של אטומי רובידיום קרים במיוחד. במסלול אחד האטומים נתמכו מגנטית כמעט ללא תנועה נגד הכבידה; במסלול השני הם שוגרו כלפי מעלה, עברו מסלול בליסטי ונפלו בנפילה חופשית. היסט דפוס ההתאבכות תאם, בתוך דיוק המדידה, את הפאזה החזויה מעקרון השקילות של איינשטיין עבור מסלולים אלה. 24

כיצד פעל ה־Quantum Galileo Interferometer?

פולסי מיקרוגל הכניסו את האטומים לסופרפוזיציה: מצב שבו אותו אטום מתואר כשתי היסטוריות פנימיות־מרחביות קוהרנטיות. סמוך לשבב אטומים, שדות מגנטיים החזיקו ענף אחד של הסופרפוזיציה כמעט נייח מול כוח הכבידה, בעוד הענף האחר נע במסלול של עלייה וירידה בנפילה חופשית. כאשר שני הענפים אוחדו מחדש, הפרש הפאזה ביניהם הפך לאות התאבכות מדיד. 24

במילים פשוטות: לא נמדדה רק תנועתו הקלאסית של גוף נופל. הניסוי בחן כיצד הכבידה משפיעה על השלב היחסי של שתי אפשרויות קוונטיות של אותו אטום.

מה הניסוי כן קבע

בתחום שנבדק — אטומים בודדים ובכבידת כדור הארץ החלשה יחסית — ההתפתחות הקוונטית הרגילה נותנת תוצאה התואמת את התחזית של עקרון השקילות. זהו מבחן התאבכות קוונטי ישיר לפאזה הנצברת בתנועה כבידתית, ולא רק אימות של מסלול נפילה קלאסי. 24

ומה הוא לא קבע

חשוב להבחין בין אימות מרשים של תחזית קיימת לבין פתרון של בעיה יסודית בפיזיקה. התוצאה אינה:

• מאחדת את מכניקת הקוונטים עם תורת היחסות הכללית;
• מוכיחה שהכבידה עצמה היא שדה קוונטי;
• מגלה גרביטונים;
• מכריעה אם הכבידה קוונטית או קלאסית.

ניסוי שיבדוק ישירות את האופי הקוונטי של הכבידה יצטרך, למשל, להראות שכוח הכבידה יכול ליצור שזירה קוונטית בין שתי מסות מבודדות היטב. 23

הקשר לרוג'ר פנרוז ולרעיון קריסת פונקציית הגל

רוג'ר פנרוז הציע מנגנון אפשרי של קריסה אובייקטיבית הקשורה לכבידה. לפי הרעיון, עצם מסיבי שנמצא בסופרפוזיציה מרחבית מתאים לשתי גאומטריות שונות של מרחב־זמן; מצב כזה עשוי להיות בלתי יציב, ולכן הקוהרנטיות שלו תדעך לאחר זמן הקשור להפרש באנרגיית הכבידה העצמית של שתי התפלגויות המסה. 9

אטום רובידיום יחיד קל מדי מכדי לבחון באופן חד מנגנון כזה. לכן המבחנים הרגישים יותר לרעיונות מסוג דיוסי–פנרוז צפויים להסתמך על סופרפוזיציות מרחביות גדולות וארוכות־חיים של מערכות כבדות יותר — למשל ננו־יהלומים מרחפים או חלקיקים מזוסקופיים אחרים. 19

אם יתגלה אובדן התאבכות נוסף, עקבי ובעל תלות צפויה במסה, בהפרדת המסלולים ובמשך הזמן — לאחר שלילת רעשים סביבתיים ומקורות דה־קוהרנטיות רגילים — הדבר עשוי לתמוך במודלים כאלה. מנגד, שמירה על קוהרנטיות מעבר לקצב הדעיכה שמודלים אלה מנבאים תגביל אותם. 19