Физики измерили влияние приливных сил на волновую функцию отдельных атомов

При помощи ядерного интерферометра ученые смогли зафиксировать эффект искривленного пространства-времени на поведение отдельной частицы. Это достижение стало вероятно благодаря значительному прогрессу в способах квантовой оптики и создании ультрахолодных атомов. Работа открывает новые возможности для прецизионных измерений мировых констант, их временного дрейфа, и поисков частиц и гравитационных волн чёрной материи.

Статья с данными исследований размещена в издании Physical Review Letters.

Ядерные интерферометры похожи на оптические, лишь излучение и вещество в них играются противоположные роли. В случае если в оптике светом руководят при помощи отражения от зеркал, то в ядерном аналоге лазерные импульсы руководят перемещением атомов. Так, возможно поделить группу атомов, направить по различным дорогам, а после этого заново свести их, приобретая интерференционную картину.

Группа из Стэнфордского университета под управлением Марка Касевича применяла таковой прибор для измерения влияния приливных сил.

Гравитационная приливная сила математически есть второй пространственной производной гравитационного потенциала, что не может быть измерен конкретно. Потенциал тесно связан с кривизной пространства-времени через уравнения неспециализированной теории относительности. Первая пространственная производная потенциала — ускорение свободного падения — во многом зависит как от потенциала, так и от особенностей наблюдателя: ускоренный наблюдатель может не отличить силы инерции от гравитации.

Но кривизна есть функцией лишь потенциала, ее нереально поменять методом перехода в другую систему отсчета, исходя из этого измерения сдвигов фаз волновых функций, вызываемые приливными силами, конкретно характеризуют гравитационное поле, в отличие от сдвигов, вызываемых локальными ускорениями.

Ученые измерили влияние приливной силы и, следовательно, кривизны пространства-времени (продемонстрировано синим цветом), на волновую функцию отдельных частиц с применением «сенсорного» ядерного интерферометра (зеленый) и «эталонного» ядерного интерферометра (розовый). APS/Carin Cain

В новой работе физики изучили волновые функции отдельных атомов рубидия температурой 50 нанокельвин в гравитационном поле в ядерного интерферометра. Частицы подбрасывались на десятиметровую высоту, что разрешало им быть в состоянии свободного падения около 2,8 секунд. В качестве источника приливных сил употреблялись свинцовые кирпичи неспециализированной массой 84 килограмма, каковые устанавливали в различных местах.

Перемещать источник притяжения нужно, дабы отличить искомый эффект от постоянных действий, каковые смогут имитировать сигнал. Дабы компенсировать вибрации гравитации и влияние Земли всей установки, был использован второй интерферометр, находящийся достаточно на большом растоянии от свинцового груза. Изменяя длину плечей интерферометра, физики убедились в квадратичной зависимости сигнала от расстояния, как и предвещает теория для случая результата, позванного кривизной пространства.

Случайные записи:

• Квантовая криптография становится реальной
• Tesla inc. стала самым дорогим производителем автомобилей в сша

Лунные приливы и отливы

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Физики обнаружили странные силы, воздействующие на наночастицы в микроскопическом мире

  Ученые-физики из университета Нью-Мексико (University of New Mexico), Королевского колледжа в Лондоне (King’s College London), Англия, и Университета…

• Физики предсказали спонтанную «сокристаллизацию» света и атомов

  Физики из Университета Иннсбрука теоретически предсказали возможность синхронной «кристаллизации» — атомов упорядочения — и возникновения света в…

• Как абстрактная математика помогает конкретной физике

  современность и История. «Классическая физика большей частью шла так, что установление связи математических размеров с настоящими вещами предшествовало…

• Российские физики измерили загрязнение жидкости с помощью голограмм

  Физики из университета ИТМО создали экспресс-способ определения распределения частиц в оптически-прозрачных средах на базе голограмм. Способ окажет…