Атомные часы помогут проверить, как переплетаются квантовая теория и искривленное пространство-время

Европейские и американские исследователи разработали новый метод, позволяющий использовать квантовые сети, объединяющие несколько атомных часов. Этот подход предназначен для проведения первых в истории проверок того, сохраняют ли законы квантовой механики свою силу в условиях искривленного пространства-времени. Об этом сообщила пресс-служба Технологического института Стивенса (SIT) в США, пишет ТАСС.

"Возможные взаимодействия между квантовой теорией и теорией гравитацией являются одной из самых интересных и при этом сложно исследуемых тем в современной физике. Мы предполагаем, что квантовая механика должна работать везде, однако пока мы не можем точно сказать, что это действительно так. Вполне может быть, что гравитация меняет то, как протекают квантовые процессы. Наш подход впервые позволит проверить это предположение".

• Игорь Пиковский, доцент SIT (цитата по ТАСС)

Ученые отмечают, что за последние годы накопилось множество подтверждений того, что как общая теория относительности Эйнштейна, описывающая гравитацию, так и квантовая механика, описывающая микромир, верны в широком диапазоне условий. Однако объединение этих теорий представляет собой сложную задачу, что стимулирует поиск условий, при которых одна из них может быть нарушена, а также разработку альтернативных концепций.

Проверка квантовой механики и теории относительности одновременно затруднена тем, что квантовые эффекты проявляются на очень малых расстояниях, где влияние искривления пространства-времени, включая замедление времени, будет незначительным. Физики предложили оригинальную экспериментальную установку для решения этой проблемы.

В рамках эксперимента предполагается создание распределенных атомных часов, состоящих из трех пространственно разнесенных частей. Каждая часть представляет собой набор атомов иттербия-171, находящихся в квантовой запутанности и в особом состоянии, чувствительном к различиям в искривлении пространства вблизи каждой части часов.

Расчеты показывают, что если искривление пространства-времени оказывает влияние на квантовые процессы, то это приведет к различиям в частоте "тиканья" каждой из частей часов. Эти различия можно будет обнаружить с помощью лазера, если расположить части часов на разной высоте относительно уровня моря, примерно на расстоянии одного километра друг от друга. Ученые надеются в ближайшее время провести первые измерения, чтобы проверить обе теории в рамках одного наземного эксперимента.

Изображение: квантовая сеть удаленных часов. Запутанные часы могут проверить, как квантовая теория ведет себя в искривленном пространстве-времени, как предсказывал Эйнштейн, или опровергнуть наши современные теории. Автор: Игорь Пиковский. Источник: phys.org