Zinātnieki no vairākām universitātēm sadarbojas eksperimentā ar nosaukumu MAST-QG, lai noteiktu, vai gravitācijai ir kvantu īpašības. Eksperimenta, kas ietver sīku dimantu levitēšanu kvantu superpozīcijas stāvoklī, mērķis ir apvienot vispārējo relativitāti un kvantu mehāniku. Neskatoties uz tā sarežģītību, šis pētījums varētu būtiski mainīt mūsu izpratni par gravitāciju, un tam ir plaša ietekme uz fiziku. Kredīts: SciTechDaily.com
- Zinātnieki izstrādā eksperimentu, lai pārbaudītu, vai gravitācija ir kvantiska vai nē
- Kvantu mehānikā, kas apraksta atomu un molekulu uzvedību, lietas uzvedas savādāk nekā viss, ko mēs zinām: tās var būt tādā kvantu superpozīcijas stāvoklī, ka tās atrodas divās vietās vienlaikus.
- Tagad zinātnieki meklē veidu, kā noteikt, vai gravitācija darbojas šādi, levitējot sīkus dimantus vakuumā.
- Ja gravitācija būtu kvantu, dimanti būtu “sapinušies” – interesanta parādība, kas cieši savieno divus objektus tādos veidos, kādi ikdienā nav iespējami
- Šis pētījums palīdzēs izprast melnos caurumus lielais sprādziensUn Visums
Kvantu gravitācijas eksperiments
Zinātnieki izstrādā eksperimentu, lai pārbaudītu, vai gravitācija ir kvantu, kas ir viens no dziļākajiem jautājumiem par mūsu Visumu.
Vispārējā relativitāte un kvantu mehānika ir mūsu divi galvenie dabas apraksti. Vispārējā relativitāte izskaidro gravitāciju lielos mērogos, savukārt kvantu mehānika izskaidro atomu un molekulu uzvedību.
Izaicinājums apvienot teorijas
Neapšaubāmi vissvarīgākā neatrisinātā problēma fundamentālajā fizikā ir pareizais veids, kā apvienot šīs divas teorijas – lai noteiktu, vai gravitācija darbojas kvantu līmenī. Lai gan teorētiskais darbs ir ierosinājis daudzas iespējas, ir nepieciešami eksperimenti, lai pilnībā izprastu gravitācijas uzvedību.
Lāzera stars Gevina Morlija laboratorijā pēta dimantu kvantu īpašības. Kredīts: Gevins Morlijs
Pasaules konsorcija revolucionāra pieredze
Simts gadus eksperimenti par gravitācijas kvantu dabu šķita tāli, bet tagad zinātnieki no Vorvikas Universitātes, Londonas Universitātes koledžas, Jēlas (ASV), Ziemeļrietumu (ASV) un Groningenas (Nīderlande) strādās kopā, lai. izpēti šo mīklu. .
Viņu jaunā ideja ir pacelt divus sīkus dimantus vakuumā un novietot tos abus kvantu superpozīcijā, atrodoties divās vietās vienlaikus. Šī pretintuitīvā uzvedība ir būtiska kvantu mehānikas iezīme.
Profesora Morlija redzējums par eksperimentu
Katru dimantu var uzskatīt par mazāku Šrēdingera kaķa versiju. Galvenais pētnieks profesors Gevins Morlijs, Fizikas katedra, Vorvikas universitāteViņš skaidro: “Šrēdingera kaķis ir domu eksperiments, kas liek domāt, ka ikdienas priekšmetiem (un mājdzīvniekiem!) būtu patiešām dīvaini atrasties kvantu superpozīcijas stāvoklī, atrodoties divās vietās vienlaikus. Mēs vēlamies pārbaudīt šīs robežas. ideja.”
“Mēs esam veiksmīgi ievietojuši atomus un molekulas šajā superpozīcijas stāvoklī, bet mēs vēlamies to darīt ar daudz lielākiem objektiem. Mūsu dimanti sastāv no miljarda vai vairāk atomu. Lai pārbaudītu gravitācijas kvantu raksturu, mums jāmeklē mijiedarbība gravitācijas dēļ starp diviem no šiem dimantiem.
“Ja gravitācija būtu kvantu, tā spētu sapīt divus dimantus. Sapīšanās ir unikāls kvantu efekts, kurā divas lietas ir savienotas spēcīgāk, nekā tas ir iespējams mūsu ikdienas dzīvē. Piemēram, ja varētu sapīties divas monētas, jūs varētu atklāt, ka kad tās apgriež, tās nolaižas tāpat, pat ja nav iespējams zināt, vai tās būs abas galvas vai astes.
Izaicinājumi un sekas
Šīs idejas īstenošanai joprojām ir daudz izaicinājumu, kurus komanda izmeklēs projekta laikā. “Piemēram, mums ir jānovērš visa mijiedarbība starp nanodaļiņām, izņemot gravitāciju, kas ir ļoti grūti, jo gravitācija ir tik vāja,” saka Dr. Deivids Mūrs no Jēlas universitāte.
Profesors Morlijs, kurš ir jaunas daudznozaru kvantu tehnoloģiju pētniecības iniciatīvas Warwick Quantum dibinātājs, piebilda: “Man šobrīd vissvarīgākā problēma fizikā ir tāda eksperimenta izstrāde, kas var pārbaudīt gravitācijas kvantu raksturu. Šis jaunais projekts ir paātrinājums mūsu aizraujošajam ceļojumam tieši uz to.
Sadarbojošo zinātnieku perspektīvas
Profesors Sugato Bose no Londonas Universitātes koledžas komentēja: “Ir grūti pārvērtēt, cik svarīgi ir fiziķiem veikt eksperimentus, kas var atklāt pareizo veidu, kā apvienot kvantu mehāniku un vispārējo relativitāti. Cilvēki, kas strādā pie kvantu gravitācijas teorijām, piemēram, stīgu teorija, parasti koncentrējas uz to, kas notiek pie augstas enerģijas, melno caurumu tuvumā un lielā sprādziena laikā.
“Turpretim mūsu darbs tiek veikts zemas enerģijas režīmā šeit uz Zemes, taču tas sniegs arī nenovērtējamu informāciju par… vai Gravitācija ir kvants. Eksperimentu var uzskatīt arī par jebkuras gravitācijas kvantu teorijas vispārējās prognozes pārbaudi pie zemām enerģijām.
Profesors Anupams Mazumdars no Groningenas universitātes piebilst: “Ceļā uz gravitācijas kvantu rakstura izpratni mēs varam pārbaudīt citus fundamentālās fizikas aspektus, piemēram, eksotiskas novirzes no Ņūtona gravitācijas nelielos attālumos.”
“Šis ir sarežģīts eksperiments, un šis projekts ir revolucionārs, risinot dažus no galvenajiem tehniskajiem izaicinājumiem, lai šos gravitācijas kvantu aspektu testus padarītu par realitāti,” saka Endrjū Gerači, fizikas asociētais profesors. Ziemeļrietumu universitāte.
Projektu sauc par “MAST-QG: makroskopiskas superpozīcijas gravitācijas kvantu rakstura apskatei”.
