פיזיקה קוונטית וגרביטציה: ניסוי ראשון מאשר את תורת איינשטיין
קבוצה בינלאומית של פיזיקאים, בהובלת חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון, אישרה לראשונה באופן ניסיוני את השפעת הגרביטציה על אובייקט קוונטי נופל, בהתאם לתורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. הניסוי, שפורסם בכתב העת Science Advances, מדד לראשונה באופן ישיר את הפאזה הקוונטית של עצם הנופל חופשית, ובכך אימת כי עקרונות תורת היחסות נכונים גם בעולם המיקרוסקופי.
במשך מאה שנה, המכניקה הקוונטית ותורת הגרביטציה התקיימו בנפרד, ואיחודן היווה אתגר מדעי מרכזי. עקרון השקילות של איינשטיין, הקובע כי הגרביטציה נעלמת מקומית עבור צופה הנופל חופשית, היה קשה לבדיקה עבור חלקיקים קוונטיים המסוגלים להיות בסופרפוזיציה. כדי להתגבר על כך, פיתחו החוקרים אינטרפרומטר גלילאי מיוחד.
במהלך הניסוי, ענני אטומי רובידיום קוררו כמעט לאפס המוחלט על גבי שבב מיוחד. באמצעות פולסים של מיקרוגל ושדות מגנטיים, גל הקוונטים של האטום פוצל לשניים. חלק אחד נשמר במקום, תוך ביטול כוח המשיכה, בעוד החלק השני הוכנס לנפילה חופשית. בסיום המסלול, הגלים אוחדו מחדש למדידת הפרש הפאזות הקוונטיות שנוצר.
התוצאות תאמו במדויק את התחזיות התיאורטיות של איינשטיין. פרופסור רון פולמן מאוניברסיטת בן-גוריון, שהוביל את המחקר, הדגיש את חשיבותו: "זהו מחקר ייחודי המשלב ניסוי מורכב עם פרשנות תיאורטית מרחיקת לכת לאחד מהשאלות הבסיסיות ביותר בפיזיקה: כיצד גרביטציה ותיאוריה קוונטית יכולות להתאחד להבנה אחת של היקום?".
החוקרים מבהירים כי הניסוי אינו מהווה "תיאוריית הכל" ואינו מוכיח את הטבע הקוונטי של הגרביטציה עצמה, אך הוא סולל גשר בין שני ענפי הפיזיקה. בכוונתם להשתמש בשיטה זו בעתיד לבדיקת תכונות קוונטיות של עצמים מסיביים יותר, כמו ננו-יהלומים. בין חברי הקבוצה הבינלאומית נמנה גם חתן פרס נובל לפיזיקה, סר רוג'ר פנרוז.
