متاهة ضوئية على الطاولة تلتقط الجاذبية سريع
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.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2511.17022
Quantum mechanics and general relativity are the foundational pillars of modern physics, yet experimental tests that combine the two frameworks remain rare. Measuring optical phase shifts of massless photons in a gravitational potential provides a unique quantum platform to probe gravity beyond Newtonian descriptions, but laboratory-based interferometers have not yet reached the sensitivity needed to access this regime. Here, we report the realization of a 50-km table-top Mach-Zehnder fiber interferometer operating at the single-photon level, achieving a phase sensitivity of $$4.42\times10^{-6}$$ rad root-mean-square (RMS) within the frequency range of 0.01 Hz to 5 Hz. We demonstrate that this sensitivity is sufficient to resolve a phase-shift signal of $$(6.18 \pm 0.44)\times10^{-5}$$ rad RMS at 0.1 Hz, associated with a modulated gravity-induced signal. Our results establish a milestone for quantum sensing with large-scale optical interferometry, demonstrating the capability to detect gravitational redshifts in a local laboratory, thereby paving the way for testing quantum phenomena within general relativistic frameworks.
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.