Эксперимент в области атомной интерферометрии был проведен с использованием принципа квантовой механики: как волну света можно представить в виде частицы, так и частицу (такую как атом) можно представить в виде «волнового пакета». И так же, как световые волны могут накладываться друг на друга и создавать интерференцию, то же самое могут и пакеты волн.
В частности, если волновой пакет атомов делится на две части, действует каким-то образом и затем воссоединится, волны могут не выровняться снова. Другими словами, их фазы меняются, и из этого можно вывести полезную информацию, пишет Life Science.
Детектор гравитационных волн работает по схожему принципу: изучая частицы, ученые отмечают малейшие изменения, например, в поведении электронов и на этом основании измеряют силу тяжести. Физик Крис Оверстрит из Стэнфордского университета и его коллеги создали «атомный фонтан», состоящий из вакуумной трубки высотой 10 метров с кольцом на самом верху. Через нее двигались атомы под действием лазерных импульсов: по два атома за импульс. Они достигали разной высоты, прежде чем второй импульс направлял их обратно вниз. Третий ловил их внизу, воссоединяя волновые пакеты.
Ученые обнаружили, что два этих волновых пакета не совпадали по фазе — признак того, что гравитационное поле в атомном фонтане не было полностью единообразным. Из-за того, что атом, поднявшийся выше, был ближе к кольцу, он испытывал больше ускорения благодаря притяжению кольца. В идеально единообразном гравитационном поле такие эффекты взаимно компенсировали бы друг друга. Но в данном случае этого не произошло.
Эксперимент продемонстрировал фазовые сдвиги из-за временного замедления, в котором, как описывает теория относительности, время движется медленнее вблизи более массивных объектов. Кроме того, опыт показал, что к гравитации применим квантовый эффект Ааронова — Бома, поскольку магнитное поле внутри цилиндрического контейнера воздействует на частицы, которые не попали в него.
Недавний эксперимент коллаборации BASE при ЦЕРН наглядно продемонстрировал, что вещество и антивещество реагируют на воздействие гравитации до определенной степени одинаково. Для этого ученые измерили с чрезвычайно высокой точностью отношение заряда к массе протонов и антипротонов.
