Экспериментальные методы, использующие квантовые системы, такие как атомы или фотоны, для проверки гравитационных эффектов и принципа эквивалентности.Квантово-гравитационные зонды — это экспериментальные установки, использующие квантовые системы, такие как атомы, фотоны или даже макроскопические суперпозиции, для проверки того, как гравитация ведёт себя в квантовом масштабе. Хотя гравитация хорошо описывается общей теорией относительности для больших объектов, её взаимодействие с квантовыми частицами остаётся неизученной областью. Ключевой вопрос заключается в том, выполняется ли принцип эквивалентности — идея о том, что все объекты падают одинаково независимо от их состава — для квантовых суперпозиций, и должна ли сама гравитация быть квантована. Эти зонды направлены на обнаружение первых отклонений от классической гравитации, которые указывали бы на более глубокую квантовую теорию.
Идея проверки гравитации с помощью квантовых систем восходит к 1970-м годам, а первые эксперименты по атомной интерферометрии были проведены в 1990-х. Концепция использования запутанности для изучения квантовой гравитации была предложена в 2010-х, и современные эксперименты только достигают необходимой чувствительности.
Типичный зонд включает атомы в состоянии суперпозиции, когда один атом находится одновременно в двух местах. Позволяя этим двум «ветвям» эволюционировать под действием гравитации, а затем рекомбинируя их, физики могут измерять крошечные фазовые сдвиги, вызванные различиями гравитационного потенциала — это основа атомной интерферометрии. Более амбициозные предложения включают создание запутанности между двумя массами исключительно за счёт гравитационного взаимодействия, что доказало бы квантовую природу гравитации. Другие подходы используют фотоны: пропускание света через гравитационное поле и поиск квантовых корреляций, или наблюдение за тем, как тень чёрной дыры отклоняется от классических предсказаний. Каждый эксперимент повышает чувствительность к гравитационным эффектам на квантовые системы, проверяя универсальность свободного падения на квантовом уровне.
Квантово-гравитационные зонды — это в первую очередь исследовательские инструменты, но используемые в них сверхточные атомные интерферометры также служат датчиками нового поколения для измерения гравитационных полей, с приложениями в геодезии и инерциальной навигации.
Один атом рубидия в суперпозиции двух высот падает с той же скоростью, что и макроскопический объект — этот факт подтверждён с точностью до одной стомиллионной.
