Atom interferometresinde kütleçekiminin kuantum izi ölçüldü

Bu deneyin temel sonucu, ultra soğuk rubidyum atomlarının iki tutarlı yolu arasında yerçekiminin oluşturduğu kuantum faz farkının doğrudan ölçülmesi oldu. Yollardan biri manyetik olarak yerçekimine karşı tutuldu; diğeri yukarı fırlatıldı ve ardından serbest düşüş yaptı. İki yol yeniden birleştirildiğinde görülen girişim kayması, deneyin hassasiyet sınırları içinde Einstein’ın eşdeğerlik ilkesinin bu yollar için öngördüğü fazla uyuştu. 24

Deney nasıl işledi?

Atom çipi yakınında uygulanan mikrodalga darbeleri, atomları iki farklı iç durum/yol geçmişinin kuantum süperpozisyonuna yerleştirdi. Manyetik alanlar bir kolu neredeyse sabit tutarken, öteki kol balistik bir yörüngede yükselip alçaldı. Kollar yeniden bir araya getirildiğinde, aralarındaki göreli faz ölçülebilir bir girişim sinyaline dönüştü. 24

Başka bir deyişle ekip, yalnızca atomların klasik olarak nasıl düştüğünü izlemedi. Yerçekiminin, atom dalgasının iki olası geçmişi arasındaki kuantum evre ilişkisini nasıl değiştirdiğini doğrudan sınadı.

Ne doğrulandı?

Zayıf Dünya yerçekimi alanında ve atomik ölçekte, sıradan kuantum evrimi ile eşdeğerlik ilkesinden çıkan öngörü aynı sonuçla uyuşuyor. Bu, serbest düşüşün kuantum girişimi üzerinden yapılan doğrudan bir faz testi niteliğinde. 24

Ne doğrulanmadı?

Bu çalışma;

• kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştirmiyor,
• kütleçekiminin mutlaka kuantum yapıda olduğunu kanıtlamıyor,
• gravitonları tespit etmiyor,
• kütleçekiminin klasik mi yoksa kuantum mu olduğu sorusunu kesin olarak çözmüyor.

Kütleçekiminin kuantum niteliğini sınamak için, örneğin kütleçekiminin yeterince iyi yalıtılmış iki kütle arasında dolanıklık oluşturabildiğine dair kanıt gerekirdi. Bu tür önerilerde mikrometre ölçeğindeki kristallerin, örneğin azot-boşluk (NV) merkezleri içeren nanodiamantların, süperpozisyonları kullanılabilir. 23

Penrose’un önerisi neden önemli?

Nobel ödüllü fizikçi Roger Penrose, kütleçekimiyle bağlantılı nesnel bir dalga fonksiyonu çöküşü mekanizması önermişti. Bu görüşe göre uzayda iki ayrı konumda bulunan kütleli bir nesnenin süperpozisyonu, uzay-zamanın iki farklı biçimde eğrildiği iki duruma karşılık gelir. Bu fark, süperpozisyonu kararsızlaştırabilir; dolayısıyla kuantum tutarlılığı, iki kütle dağılımı arasındaki kütleçekimsel öz-enerji farkıyla ilişkili bir zaman ölçeğinde azalabilir. 9

Tek bir rubidyum atomu, bu tür kütleye bağlı olası bir bozulmayı güçlü biçimde sınamak için çok hafiftir. Bu nedenle araştırmacılar, daha ağır sistemlerin büyük ve uzun ömürlü uzamsal süperpozisyonlarını oluşturabilen interferometrelere yöneliyor. Levitasyonla askıda tutulan nanodiamantlar veya başka mezoölçekli parçacıklar, çevresel etkilerden kaynaklanan sıradan dekoherens dikkatle elendikten sonra, Penrose tipi modellerin öngördüğü ek girişim kaybını aramak için aday olabilir. 19

Böyle bir deneyde modelin öngördüğü bozunmanın ötesinde tutarlılığın korunması, modeli kısıtlar. Buna karşılık kütle, ayrım mesafesi ve zamanla beklenen biçimde ölçeklenen tekrarlanabilir bir ek tutarlılık kaybı gözlenirse, bu Penrose tipi açıklamaları destekler; yine de alternatif gürültü kaynaklarının bütünüyle dışlanması gerekir. 19