Voor het eerst hebben wetenschappers direct een zwaartekrachtseffect waargenomen op een kwantumobject dat overeenkomt met de voorspellingen van Einstein, waarmee een brug wordt geslagen tussen twee pijlers van de moderne natuurkunde. Het experiment, geleid door een internationaal team waaronder Nobelprijswinnaar Sir Roger Penrose, werd uitgevoerd in Israël en gepubliceerd in Science Advances op 2 september.
Een kwantumobject valt zoals Einstein zei dat het zou vallen
Het onderzoeksteam, van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev, de Universiteit van Ulm en de Universiteit van Oxford, bouwde een apparaat dat de Quantum Galileo Interferometer wordt genoemd. Met dit instrument konden ze de kwantumgolf van een atoom splitsen in twee paden: één stilgehouden, het andere vrij vallend onder zwaartekracht. Wanneer de twee delen werden herenigd, kwam het kleine verschil veroorzaakt door zwaartekracht overeen met het equivalentieprincipe van Einstein, dat stelt dat zwaartekracht lokaal verdwijnt voor een waarnemer in vrije val.
Ultrakoude rubidiumatomen op een chip
Het experiment vond plaats aan de Ben-Gurion Universiteit met rubidiumatomen die waren afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt. De atomen werden in een kwantumsuperpositie gebracht met behulp van microgolfpulsen, waardoor elk atoom effectief twee paden tegelijk kon volgen. Kleine elektrische draden op een speciaal ontworpen atoomchip genereerden magnetische velden om de atomen te controleren. Een deel van de golf werd op zijn plaats gehouden terwijl het andere viel, en daarna werden ze weer samengebracht om het zwaartekrachtseffect te meten.
Deze test is belangrijk omdat, hoewel het equivalentieprincipe van Einstein is bevestigd met gewone materie, het nooit direct is getest met kwantumobjecten, die zich gedragen als golven en meerdere paden tegelijk kunnen volgen. Het resultaat laat zien dat zwaartekracht zich gedraagt zoals voorspeld, zelfs in dit kwantumregime, en biedt een nieuw experimenteel venster op het mysterie van hoe kwantummechanica en algemene relativiteitstheorie samenhangen.
De bevinding lost de al lang bestaande puzzel van kwantumzwaartekracht niet op, maar het biedt een concrete, reproduceerbare waarneming waarmee toekomstige theorieën rekening moeten houden. Door aan te tonen dat het principe van Einstein geldt in de kwantumwereld, verkleint het experiment de mogelijkheden voor hoe een complete natuurkundetheorie zou kunnen ontstaan.
