Два массивных тела, застывших в квантовой суперпозиции, напоминают пару танцоров, которые пытаются сохранить единый ритм, пока вокруг них шумит оркестр. Каждая гравитационная волна — это музыкант, сбивающий их с такта. В новой работе физики показали, как именно этот шум разрушает квантовую когерентность — способность частицы находиться в нескольких состояниях одновременно.

Проблема заключалась в том, что стандартный математический аппарат не позволял чётко отделить систему от окружения. Учёные применили унитарное преобразование — своего рода перенастройку координат, которая позволила импульсу системы зависеть только от её собственных наблюдаемых величин. Это как если бы дирижёр пересадил музыкантов так, чтобы их звук не мешал танцорам слышать друг друга.

В результате было получено основное уравнение, описывающее эволюцию квантовой системы под воздействием гравитационного шума. Его диссипативная часть воспроизводит классическую потерю энергии за счёт излучения гравитационных волн, а шумовые вклады подавляют когерентность между состояниями с разным квадрупольным моментом массы или разным собственным расстоянием.

В пределе малых квантовых флуктуаций вокруг среднего расстояния динамика сводится к уравнению типа Калдейры–Леггетта с темпом декогеренции, пропорциональным квадрату базовой длины. Это означает, что чем больше расстояние между массами, тем быстрее разрушается суперпозиция. Такая зависимость — характерная черта приливного характера гравитационных волн, и она может помочь отличить гравитационную декогеренцию от других источников шума.

Теперь, когда танцоры знают, как именно оркестр сбивает их с ритма, они могут лучше подготовиться к выступлению. Полученное уравнение даёт количественные оценки для будущих экспериментов с массивными квантовыми системами, например, с интерферометрами. Это шаг к пониманию того, как гравитация взаимодействует с квантовым миром.