Физики исследовали связь гравитации и квантовой суперпозиции
Физики провели исследование, в котором проверили гипотезу о том, что гравитационные колебания пространства-времени могут разрушать квантовую суперпозицию, объясняя, почему крупные объекты не ведут себя как частицы. Эксперимент, проведенный в подземной лаборатории Гран-Сассо, не выявил ожидаемого излучения, что ограничивает одну из теорий квантовой декогеренции. Об этом рассказывает Известия.
Квантовая механика допускает существование частиц в суперпозиции, когда они могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Однако в макроскопическом мире подобное поведение не наблюдается, и процесс исчезновения квантовых эффектов называется декогеренцией.
Согласно одной из гипотез, гравитация может играть роль в этом процессе. В 1960-х годах венгерский физик Фридьеш Каройхази предложил модель, в которой пространство-время подвержено небольшим флуктуациям, которые могут разрушать квантовые суперпозиции. Эта идея была уточнена другими исследователями, и новая работа направлена на экспериментальную проверку обобщенной версии модели Каройхази, опубликованной в журнале New Journal of Physics.
Напрямую обнаружить флуктуации пространства-времени невозможно, но теория предсказывает их косвенный эффект: они должны вызывать случайное движение и ускорение электрически заряженных частиц, что приводит к крайне слабому электромагнитному излучению.
Эксперимент проводился в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии, расположенной под 1,4 км горной породы, что защищает оборудование от фонового излучения, включая космические лучи. Исследователи использовали детектор с кристаллом высокочистого германия, защищенным слоями меди и свинца. Данные собирались в течение 62 дней, после чего ожидаемый фон был исключен, и оставшийся сигнал сравнили с предсказаниями модели Каройхази.
Однако после обработки данных физики не обнаружили ожидаемого излучения, что не подтвердило предположение о том, что гравитационные флуктуации приводят к наблюдаемому эффекту. Это отсутствие сигнала не означает, что гравитация не связана с квантовой декогеренцией, но исключает конкретную версию механизма, предложенного в модели Каройхази, и устанавливает более жесткие ограничения для подобных теорий. Исследователи подчеркивают, что отсутствие ожидаемого сигнала является значимым результатом, и теперь необходимо искать другие объяснения связи квантовой механики и гравитации.
Исключив одну из старейших моделей декогеренции, вызванной гравитацией, данное исследование сужает круг поиска теории, описывающей взаимодействие между гравитацией и квантовой механикой, приближая ученых к пониманию одной из самых глубоких загадок физики.
Модель Каройхази основывается на предположении о фундаментальном ограничении точности определения положения объекта или измерения расстояния. Похожие идеи о минимальной длине возникают и в других подходах к объединению квантовой механики с гравитацией, включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию.
Авторы исследования отмечают, что эксперименты уже позволяют проверять некоторые предсказания теорий, которые ранее считались практически недоступными для наблюдений. Повышение чувствительности измерительных установок может расширить возможности таких проверок.
Таким образом, работа не решает вопрос о природе квантовой декогеренции, но позволяет исключить один из вариантов ее объяснения. Следующим этапом станет проверка других моделей, связывающих квантовые эффекты с фундаментальными свойствами пространства-времени.
