متاهة ضوئية على الطاولة تلتقط الجاذبية ⚡ экспресс
الاختبارات التجريبية التي تجمع في آنٍ بين ميكانيكا الكم والنسبية العامة نادرة للغاية. قياس انزياحات الطور البصري للفوتونات عديمة الكتلة في كمون الجاذبية هو طريقة كمومية فريدة لسبر الجاذبية خارج نطاق الأوصاف النيوتونية، ومع ذلك لم تتمتع مقاييس التداخل المختبرية حتى الآن بحساسية كافية. تم تحقيق مقياس تداخل ماخ-زيندر بطول 50 كيلومترًا على سطح طاولة، يعمل على مستوى الفوتونات المفردة، وبدقة طور تبلغ 4.42×10⁻⁶ راديان جذر متوسط المربع في نطاق الترددات من 0.01 إلى 5 هرتز. هذه الحساسية كافية لتمييز إشارة مضمنة جاذبيًا مقدارها (6.18±0.44)×10⁻⁵ راديان جذر متوسط المربع عند تردد 0.1 هرتز. تمثل هذه النتيجة علامة بارزة في القياس الكمومي للتداخل واسع النطاق: فقد أُثبتت إمكانية رصد الانزياح الأحمر الجذبي في مختبر محلي، مما يفتح الطريق لاختبار الظواهر الكمومية ضمن إطار النسبية العامة.
نظرية الجاذبية لـأينشتاين — النسبية العامة — نادرًا ما تلتقي بفيزياء الكم في التجارب المباشرة. هنا، بنى العلماء على طاولة متاهة زجاجية بطول 50 كيلومترًا وأطلقوا فيها فوتونات مفردة. الجاذبية تحني الفضاء قليلًا داخل هذه المتاهة، فيتغير إيقاع موجة الضوء عند الخروج — يظهر تأخير ضئيل، كما لو أن أحد الممرات قد ازداد طولًا دون أن يُلحظ.
ولكي لا تختلط الجاذبية باهتزازات الأرض، عُلقت الطاولة على ممتصات صدمات — حتى قطار بعيد كان ليفسد التجربة. قارن الجهاز بين نصفي الموجة الفوتونية والتقط فارقًا بملايين الأجزاء من الراديان. وهكذا، ولأول مرة في المختبر، تمكنوا من التقاط الإزاحة الحمراء الجذبية لكمات ضوئية منفردة. هذا الاختراق سيتيح اختبار كيفية إحساس الجسيمات الكمومية بالفضاء المنحني. يومًا ما، قد تسمع مثل هذه الكواشف المنضدية الأمواج الثقالية على المستوى الميكروي.
🎯 الجاذبية تؤثر في الضوء بضعف شديد، لدرجة أن تردده لا يتغير سوى بمقدار 10^-16 عند ارتفاع متر واحد. في التجربة، التُقط إزاحة طور مقدارها 6 أجزاء من مئة ألف من الراديان — وهذا أشبه بملاحظة دوران عجلة بمقدار سمك شعرة.
🎬 في فيلم «إنترستلار»، أرسل الأبطال إشارة عبر الجاذبية. أما المتاهات المنضدية الحقيقية للضوء فتُظهر الآن كيف تتشابك الجسيمات الكمومية في الفضاء المنحني.