Немецкие физики Отто Штерн и Вальтер Герлах в 1922 году пропустили пучок из атомов серебра через мощное, но неоднородное магнитное поле. Это была одна из первых практических проверок квантовой механики, которая продемонстрировала истинность новой на тот момент теории

Физики выяснили, что усовершенствованные версии эксперимента Штерна-Герлаха, раскрывшего в 1922 году проявления квантовой механики в поведении атомов, можно использовать для изучения того, как работает сила притяжения на квантовом уровне. Первые итоги их опытов были раскрыты в статье в журнале Science Advances.

«Мы выяснили, как можно провести эксперимент Штерна-Герлаха для одиночных атомов, а также показали, как можно использовать подобную установку для проведения экспериментов с макроскопическими объектами. Подобные опыты откроют дорогу для проверок теорий и изучения процессов, находящихся на стыке квантовой механики и гравитации», — пишут исследователи.

Немецкие физики Отто Штерн и Вальтер Герлах провели в 1922 году одну из первых практических проверок квантовой механики, которая продемонстрировала истинность новой на тот момент теории. В рамках этого эксперимента ученые подготовили пучок из атомов серебра и пропустили его через мощное, но неоднородное магнитное поле, более сильное у краев магнитов, чем в пространстве между ними.

Классическая теория электромагнетизма предсказывает, что взаимодействия с магнитами заставят атомы серебра равномерно распределиться в виде размытой полосы. Квантовая механика, в свою очередь, указывает на то, что атомы будут сгруппированы в две узких и четких полосы в зависимости от того, каким квантовым спином они обладают. Опыт Штерна-Герлаха подтвердил истинность этого предсказания, что открыло дорогу для поисков других проявлений квантовой механики.

Группа физиков под руководством Рона Фольмана, профессора университета Бен-Гуриона в Бар-Шеве (Израиль), нашла новое применение для этой установки, которое позволит решить одну из самых старых и важных проблем квантовой механики — то, как она проявляет себя в ходе различных гравитационных взаимодействий.

Ключ к физической загадке века

Дело в том, что ученые до сих пор не имеют понятия о том, как связаны между собой гравитация и мир квантовых объектов. Эта проблема порождена тем, что общая теория относительности Эйнштейна, максимально точно описывающая гравитационные взаимодействия в макромире, не совместима с постулатами квантовой механики в том виде, в котором они были сформулированы еще во времена Нильса Бора и Джона Белла.

Физики достаточно давно предполагают, что подобные сведения можно получить в рамках аналога эксперимента Штерна-Герлаха, заставляя одиночные атомы вести себя как волны и наблюдая за их взаимодействиями. Несмотря на видимую простоту этой идеи, реализовать ее на практике оказалось невозможно из-за того, что для ее осуществления требуется недостижимо высокая точность управления магнитными полями.

Израильские исследователи и их коллеги из Европы выяснили, что эти ограничения и проблемы можно обойти, используя так называемые «атомные чипы» — специальные устройства, способные захватывать и управлять движением одиночных атомов.

Как показывают первые опыты профессора Фольмана и его коллег, созданные ими «атомные чипы» достигли нужной точности управления движением атомов для того, чтобы физики могли зафиксировать даже самые мельчайшие расхождения в траекториях их полета, связанные с квантовыми проявлениями гравитации. В частности, ученым удалось захватить при их помощи несколько одиночных атомов рубидия, направить их на разные траектории движения, а затем совместить и столкнуть их друг с другом.

В ближайшее время исследователи планируют повторить эксперименты Штерна-Герлаха, используя как одиночные атомы, так и более крупные и осязаемые макроскопические объекты, которые можно будет легко увидеть в микроскоп. Эти опыты, как надеются физики, помогут им проверить уже существующие теории квантовой гравитации и вплотную приблизиться к разрешению главной физической загадки XX века.

https://advances.sciencemag.org

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *