Nobel mükafatı laureatı fizik professor Ser Rocer Penrouzun da daxil olduğu beynəlxalq bir qrup, ilk dəfə olaraq düşən kvant obyektində uzun müddətdir proqnozlaşdırılan cazibə qüvvəsi effektini birbaşa müşahidə edib. Bu tapıntı göstərir ki, Eynşteynin cazibə nəzəriyyəsinin əsas prinsipi sınaqdan keçirilmiş şərtlər altında kvant davranışı ilə uyğunlaşmağa davam edir. Ben-Qurion Neqev Universiteti, Ulm Universiteti və Oksford Universiteti tərəfindən aparılan tədqiqat 2 sentyabrda Science Advances jurnalında dərc edilib .

Müasir fizika iki olduqca uğurlu çərçivəyə əsaslanır. Kvant mexanikası atomların və digər son dərəcə kiçik cisimlərin qeyri-adi davranışlarını təsvir edir, Eynşteynin cazibə nəzəriyyəsi isə düşən cisimləri və Kainatın genişmiqyaslı quruluşunu izah edir. Fərdi uğurlarına baxmayaraq, fiziklər hələ də bu ikisini bir araya gətirən tam bir nəzəriyyəyə sahib deyillər.

Yeni təcrübə bu iki təsvirin üst-üstə düşdüyü bir sahəni araşdırır. Tədqiqatçılar cazibə qüvvəsinin təsiri altında hərəkət etdikcə atomların kvant xüsusiyyətlərində müəyyən bir dəyişikliyi ölçdülər. Bu təsir, Eynşteynin cazibə nəzəriyyəsinin əsaslarından biri olan ekvivalentlik prinsipinin kvant obyektinə tətbiq edilməsindən sonra ortaya çıxan proqnozla üst-üstə düşdü.

Eynşteynin Ekvivalentlik Prinsipinin Testi

Ekvivalentlik prinsipi deyir ki, sərbəst düşmə zamanı müşahidəçi üçün cazibə qüvvəsi lokal olaraq yox olmalıdır. Məsələn, qaldırıcıda sərbəst düşən insan çəkisizlik hiss edəcək. Prinsip adi maddədən istifadə etməklə fövqəladə dəqiqliklə təsdiqlənib, lakin kvant obyektləri ilə birbaşa sınaqdan keçirmək daha çətin olub, çünki kvant obyektləri dalğalar kimi davrana və eyni anda birdən çox yolu izləyə bilər.

Belə bir sınağı mümkün etmək üçün komanda Quantum Galileo İnterferometri adlı bir cihaz hazırladı. Cihaz tədqiqatçılara atomla əlaqəli kvant dalğasını iki ayrı yola bölməyə imkan verdi. Bir hissəsi yerində saxlanıla, digərinin isə sərbəst şəkildə düşməsinə icazə verildi. Daha sonra tədqiqatçılar cazibə qüvvəsinin düşən dalğaya necə təsir etdiyini müəyyən edə bilmələri üçün ikisi bir araya gətirildi.

Təcrübə Ben-Gurion Universitetində mütləq sıfırdan bir qədər yuxarı temperatura qədər soyudulmuş rubidium atomlarından ibarət buludlardan istifadə etməklə aparılmışdır. Atomlar xüsusi olaraq hazırlanmış atom çipinin səthinə yaxın manipulyasiya edilmişdir.

Bir Atomun İki Kvant Yoluna Bölünməsi

Doktorant Or Dobkovskinin də daxil olduğu təcrübə qrupu, ultrasoyuq atomları kvant superpozisiyasına yerləşdirmək üçün mikrodalğalı impulslardan istifadə etməklə başladı. Bu, hər bir atomun eyni anda iki yol izləməsinə imkan verdi.

Çipə yerləşdirilmiş kiçik elektrik naqilləri daha sonra diqqətlə idarə olunan maqnit sahələri yaratdı. Atom dalğasının bir hissəsi maqnit sahəsi ilə qarşılıqlı təsir göstərərək tədqiqatçılara cazibə qüvvəsinin aşağıya doğru çəkilməsi ilə dəqiq şəkildə tarazlaşan yuxarıya doğru bir qüvvə yaratmağa imkan verdi. Nəticədə, dalğanın həmin hissəsi laboratoriyaya və Yerə nisbətən sabit qaldı.

Digər hissə dəqiq idarə olunan maqnit impulsu ilə yuxarıya doğru itələndi. Daha sonra o, maqnit sahəsindən demək olar ki, təsirlənməyən bir vəziyyətə gətirildi və bu da havaya atılan topa bənzər ballistik trayektoriya boyunca cazibə qüvvəsi altında sərbəst hərəkət etməsinə imkan verdi.

Düşən hərəkət tamamlandıqdan sonra, diqqətlə idarə olunan başqa bir maqnit impulsu atom dalğasının iki hissəsini yenidən bir araya gətirdi. Yenidən birləşən dalğalar bir-birinə müdaxilə etdi və bu da tədqiqatçılara bir hissənin düşdüyü, digərinin isə sabit qaldığı müddətdə yığılan kvant fazasındakı son dərəcə kiçik fərqi ölçmək üçün bir yol verdi.

Cazibə qüvvəsi ölçülə bilən bir kvant imzası buraxır

Tədqiqatçılar tərəfindən ölçülən kvant fazası, Eynşteynin prinsipi bu tip kvant dalğasına tətbiq edildikdə proqnozlaşdırılan faza ilə uyğun gəldi. Buna görə də, təcrübə kvant fizikası ilə Eynşteynin cazibə qüvvəsinin təsviri arasında birbaşa laboratoriya əlaqəsi təmin edir.

Kvant hissəcikləri əvvəlki təcrübələrdə cazibə qüvvəsini ölçmək üçün istifadə edilmişdir, lakin tədqiqatçılar bunun sərbəst düşən bir cismin yaratdığı proqnozlaşdırılan kvant fazasının ilk birbaşa ölçülməsi olduğunu söyləyirlər.

Aparıcı müəllif professor Ron Folman (Negev Ben-Gurion Universiteti) dedi: “Bu, fizikanın ən fundamental suallarından biri olan cazibə qüvvəsi (Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsi ilə təsvir edilən) və kvant nəzəriyyəsi kainatın vahid anlayışında necə birləşdirilə bilər? Bu günə qədər vahid nəzəri çərçivəyə dair bütün cəhdlərdən yayınmış, lakin bu mürəkkəb təcrübə belə bir birləşmənin necə əldə edilə biləcəyinə dair daha çox işarə verir.”

Tədqiqatın həmmüəllifi professor Vlatko Vedral (Oksford Universitetinin Fizika şöbəsi) əlavə etdi: “Kvant fizikasının niyə uğursuz olmalı olduğunu bizə izah edən tutarlı bir nəzəriyyəmiz yoxdur. Bu təcrübə kvant mexanikasını ən maraqlı sərhədlərindən biri olan cazibə qüvvəsinə doğru itələyir və bir daha onun proqnozlarının doğru olduğunu göstərir.”

Təcrübənin Nə Göstərdiyi və Göstərmədiyi

Bu tapıntı kvant mexanikası və cazibə qüvvəsinin vahid nəzəriyyəsini təmin etmir və cazibə qüvvəsinin özünün kvant olduğunu göstərmir. Əksinə, bu, Eynşteynin ekvivalentlik prinsipinin təcrübənin araşdırdığı diapazonda kvant mexanikası ilə uyğun olaraq qaldığını göstərir.

Nəticələr, tədqiqatın həmmüəllifi professor Ser Rocer Penrouzun (Oksford Universiteti) irəli sürdüyü bir fikri də təkzib etmir. Penrouz, kifayət qədər kütləvi cisimlərin kvant superpozisiyalarında kifayət qədər uzun müddət qalması ilə kvant mexanikasının nəticədə pozula biləcəyini iddia etmişdir.

Hazırkı təcrübə bu ehtimalı sınaqdan keçirmək üçün kifayət qədər böyük və ya uzun müddət davam edən superpozisiyaları əhatə etməyib. Bununla belə, tədqiqatçılar ümid edirlər ki, yeni texnika nəticədə nanoalmazlar da daxil olmaqla daha ağır obyektlərə də tətbiq oluna bilər. Bu ehtimalı araşdırmaq üçün hazırlanmış təcrübələr Negev Ben-Gurion Universitetində eyni qrupda artıq aparılır.

Beynəlxalq tədqiqat qrupuna Negev Ben-Gurion Universiteti, Oksford Universiteti, Sauthempton Universiteti, Alman Aerokosmik Mərkəzi, Ulm Kvant Texnologiyaları İnstitutu, Ulm Universiteti və Texas A&M Universitetinin alimləri daxil idi.