क्वांटम इंटरफेरोमीटर में गुरुत्वाकर्षण से पैदा हुआ फेज़ अंतर सीधे मापा गया

टीम ने अति-शीतल रूबिडियम परमाणुओं के दो सुसंगत क्वांटम रास्तों के बीच गुरुत्वाकर्षण से पैदा होने वाला फेज़ अंतर सीधे मापा। एक रास्ते पर परमाणुओं को चुंबकीय सहारे से गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध लगभग स्थिर रखा गया, जबकि दूसरे को ऊपर की ओर भेजकर मुक्त-पतन करने दिया गया। दोनों रास्तों को फिर मिलाने पर इंटरफेरेंस में आया बदलाव आइंस्टीन के तुल्यता सिद्धांत से अनुमानित फेज़ के अनुरूप था, कम-से-कम प्रयोग की माप-सटीकता की सीमा के भीतर। 24

प्रयोग में क्या किया गया?

माइक्रोवेव पल्सों की मदद से परमाणुओं को एटम-चिप के पास दो आंतरिक-अवस्था/पथ इतिहासों की क्वांटम सुपरपोज़िशन में रखा गया। चुंबकीय क्षेत्र ने एक शाखा को लगभग स्थिर बनाए रखा, जबकि दूसरी शाखा ऊपर गई और फिर बैलिस्टिक मुक्त-पतन पथ से नीचे आई। अंत में दोनों शाखाओं को दोबारा मिलाया गया; उनके बीच का सापेक्ष फेज़ इंटरफेरेंस सिग्नल के रूप में माप लिया गया। 24

सीधी भाषा में कहें तो यह केवल यह देखने का परीक्षण नहीं था कि कोई वस्तु गुरुत्व में कैसे गिरती है। यह जांच थी कि अलग-अलग गुरुत्वीय इतिहासों से गुजरती एक ही क्वांटम अवस्था अपने इंटरफेरेंस में कौन-सा फेज़ अंतर दर्ज करती है।

इससे क्या स्थापित हुआ?

कमज़ोर पृथ्वी-गुरुत्व और परमाणु-पैमाने वाले इस प्रयोग में सामान्य क्वांटम उत्क्रांति तथा तुल्यता सिद्धांत का अनुमान, दोनों अवलोकित परिणाम के अनुरूप रहे। इसलिए इसे गुरुत्वीय मुक्त-पतन से जुड़े फेज़ का प्रत्यक्ष क्वांटम-इंटरफेरेंस परीक्षण कहा जा सकता है, न कि केवल शास्त्रीय प्रक्षेप-पथ का परीक्षण। 24

इससे क्या साबित नहीं हुआ?

इस अध्ययन से यह निष्कर्ष नहीं निकलता कि:

• क्वांटम यांत्रिकी और सामान्य सापेक्षता का एकीकरण हो गया है;
• गुरुत्वाकर्षण स्वयं क्वांटम है;
• ग्रैविटॉन का पता चल गया है; या
• क्वांटम और शास्त्रीय गुरुत्व के बीच फैसला हो गया है।

गुरुत्व के क्वांटम स्वरूप की अधिक निर्णायक जांच के लिए ऐसा प्रमाण चाहिए होगा कि गुरुत्व, पर्याप्त रूप से अलग-थलग रखे गए द्रव्यमानों के बीच उलझाव (entanglement) पैदा कर सकता है। 23

पेनरोज़ का विचार और भारी वस्तुओं की जरूरत

रोजर पेनरोज़ ने गुरुत्व से जुड़ा एक वस्तुनिष्ठ वेव-फंक्शन-पतन प्रस्तावित किया है। विचार यह है कि यदि किसी भारी वस्तु को दो अलग स्थानों की सुपरपोज़िशन में रखा जाए, तो दोनों शाखाएं अलग-अलग तरह से वक्रित स्पेसटाइम से जुड़ेंगी। इससे वह क्वांटम अवस्था अस्थिर हो सकती है और उसकी सुसंगति (coherence) समय के साथ खत्म हो सकती है। पेनरोज़ के मॉडल में इस क्षय का समय-पैमाना दोनों द्रव्यमान-वितरणों की गुरुत्वीय स्व-ऊर्जा के अंतर से जुड़ा है। 9

एक रूबिडियम परमाणु इस तरह के द्रव्यमान-निर्भर प्रभाव की कठोर जांच के लिए बहुत हल्का है। आगे की जांच में लेविटेटेड नैनोडायमंड या अन्य मेसोस्कोपिक कणों जैसी अपेक्षाकृत भारी वस्तुओं को बड़ी दूरी तक और लंबे समय के लिए सुपरपोज़िशन में रखना उपयोगी हो सकता है। तब शोधकर्ता देख सकेंगे कि क्या पर्यावरणीय शोर और साधारण डीकोहेरेंस को सावधानी से हटाने के बाद भी इंटरफेरेंस अपेक्षा से अधिक तेजी से घटता है। 19

यदि सुसंगति पेनरोज़-प्रकार के अनुमानित क्षय से अधिक समय तक बनी रहती है, तो ऐसे मॉडल सीमित होंगे। यदि द्रव्यमान, अलगाव-दूरी और समय के साथ अपेक्षित पैटर्न में अतिरिक्त क्षय बार-बार दिखे, तो यह मॉडल के समर्थन में संकेत होगा—हालांकि तब भी अन्य संभावित शोर-स्रोतों को पूरी तरह खारिज करना जरूरी रहेगा. 19