Гипотеза о том, что гравитация мешает наблюдать квантовые суперпозиции у обычных объектов, получила новую экспериментальную проверку. Учёные из Италии провели измерения в подземной лаборатории и не обнаружили слабого излучения, которое предсказывает одна из давних моделей такого процесса. Как сообщает SciTechDaily, результаты ставят под сомнение конкретное объяснение, но не исключают, что гравитация всё же влияет на потерю квантовых свойств.
Декогеренция (утрата квантовых свойств) объясняет, почему частицы могут находиться в суперпозиции разных состояний, а привычные нам предметы подчиняются классической физике. «Один из самых глубоких вопросов современной физики — почему странное квантовое поведение, управляющее атомами и элементарными частицами, по-видимому, исчезает в макромире, который мы наблюдаем каждый день», — приводит издание слова Каталины Курчану, директора по исследованиям и представителя коллаборации VIP в Национальной лаборатории Фраскати Национального института ядерной физики (INFN-LNF) в Италии.
В 1960-х годах венгерский физик Фридьеш Каройхази предположил, что пространство-время постоянно испытывает крайне малые флуктуации (колебания). По его модели такие возмущения постепенно разрушают квантовые суперпозиции и не дают крупным объектам проявлять эффекты вроде знаменитого мысленного эксперимента Шрёдингера с котом, который одновременно жив и мёртв. Эта идея связывает квантовую механику с общей теорией относительности Эйнштейна, описывающей гравитацию как искривление пространства-времени. Недавно исследователь FQxI Анджело Басси с коллегами переформулировали модель, чтобы её предсказания можно было проверить на опыте.
Сами флуктуации напрямую измерить нельзя, но у них должен быть наблюдаемый след: заряженные частицы получали бы крошечные случайные ускорения и испускали очень слабое электромагнитное излучение. Эксперимент, поддержанный FQxI, прошёл в Национальной лаборатории Гран-Сассо (INFN-LNGS) — крупнейшей в мире подземной лаборатории для фундаментальных исследований. Она расположена под 1,4 километра породы, которая защищает от космического излучения, способного заглушить столь слабый сигнал. «Природная защита скалы создаёт одну из самых тихих сред на Земле для регистрации крайне редких физических явлений», — отметила Курчану.
Специалисты использовали кристалл германия высокой чистоты размером примерно с кофейную кружку, помещённый в слои медной и свинцовой защиты. За 62 дня измерений они учли ожидаемый фоновый фон и поискали в оставшихся данных сигнал, предсказанный моделью Каройхази. Совпадений не нашлось, а результаты опубликованы в New Journal of Physics. «Само отсутствие сигнала — крупный научный результат», — подчеркнула Курчану. Полученные данные исключают проверенную версию модели и накладывают новые ограничения на объяснения декогеренции через флуктуации пространства-времени.
При этом выводы не означают, что гравитация вообще не участвует в декогеренции: другие гравитационные механизмы остаются возможными, а связь квантовой механики и общей теории относительности пока не решена. «Исключив одну из старейших и наиболее естественных моделей гравитационно-индуцированной декогеренции, эта работа сужает поиск теории, описывающей взаимодействие гравитации и квантовой механики, и приближает нас к пониманию одной из глубочайших загадок фундаментальной физики», — сказала Курчану. По её словам, точность экспериментов уже позволяет проверять идеи, которые ещё недавно относились почти исключительно к области теоретических рассуждений.