Các nhà khoa học từ một số trường đại học đang hợp tác trong một thí nghiệm tên là MAST-QG để xác định xem lực hấp dẫn có đặc tính lượng tử hay không. Thí nghiệm bao gồm việc nâng những viên kim cương nhỏ lên ở trạng thái chồng chất lượng tử, nhằm mục đích thống nhất thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử. Bất chấp sự phức tạp của nó, nghiên cứu này về cơ bản có thể thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về lực hấp dẫn và có ý nghĩa sâu rộng đối với vật lý. Tín dụng: SciTechDaily.com

• Các nhà khoa học đang phát triển một thí nghiệm để kiểm tra xem lực hấp dẫn có phải là lượng tử hay không
• Trong cơ học lượng tử, mô tả hành vi của các nguyên tử và phân tử, mọi thứ hành xử khác với mọi thứ chúng ta biết: chúng có thể ở trạng thái chồng chất lượng tử đến mức chúng ở hai nơi cùng một lúc.
• Giờ đây, các nhà khoa học đang tìm cách xác định liệu lực hấp dẫn có hoạt động theo cách này hay không bằng cách đưa những viên kim cương nhỏ vào chân không.
• Nếu trọng lực là lượng tử, kim cương sẽ “vướng víu” – hiện tượng thú vị kết nối mạnh mẽ hai vật thể theo những cách không thể có trong đời sống hàng ngày
• Nghiên cứu này sẽ giúp hiểu rõ hơn về lỗ đen vụ nổ lớnVà vũ trụ

Thí nghiệm hấp dẫn lượng tử

Các nhà khoa học đang phát triển một thí nghiệm để kiểm tra xem lực hấp dẫn có phải là lượng tử hay không, một trong những câu hỏi sâu sắc nhất về vũ trụ của chúng ta.

Thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử là hai mô tả cơ bản của chúng ta về tự nhiên. Thuyết tương đối rộng giải thích lực hấp dẫn ở quy mô lớn trong khi cơ học lượng tử giải thích hành vi của các nguyên tử và phân tử.

Thách thức của việc thống nhất lý thuyết

Có thể cho rằng vấn đề quan trọng nhất chưa được giải quyết trong vật lý cơ bản là cách chính xác để kết hợp hai lý thuyết này – để xác định liệu lực hấp dẫn có hoạt động ở cấp độ lượng tử hay không. Trong khi công trình lý thuyết đã đề xuất nhiều khả năng, thì vẫn cần có các thí nghiệm để hiểu đầy đủ hành vi của lực hấp dẫn.

Chùm tia laser trong phòng thí nghiệm của Gavin Morley khám phá tính chất lượng tử của kim cương. Tín dụng: Gavin Morley

Một trải nghiệm mang tính cách mạng của tập đoàn toàn cầu

Trong một trăm năm, các thí nghiệm về bản chất lượng tử của lực hấp dẫn dường như rất xa vời, nhưng giờ đây các nhà khoa học tại Đại học Warwick, Đại học College London, Yale (Mỹ), Northwestern (Mỹ) và Groningen (Hà Lan) sẽ hợp tác cùng nhau để điều tra Câu đố này. .

Ý tưởng mới của họ là nâng hai viên kim cương nhỏ vào chân không và đặt cả hai vào trạng thái chồng chất lượng tử ở hai nơi cùng một lúc. Hành vi phản trực giác này là một đặc điểm cơ bản của cơ học lượng tử.

Tầm nhìn của giáo sư Morley về thí nghiệm

Mỗi viên kim cương có thể được coi là một phiên bản nhỏ hơn của con mèo Schrödinger. Điều tra viên chính Giáo sư Gavin Morley, Khoa Vật lý, Đại học WarwickÔng giải thích: “Con mèo của Schrödinger là một thí nghiệm tưởng tượng cho thấy rằng sẽ thực sự kỳ lạ nếu các vật thể hàng ngày (và thú cưng!) ở trong trạng thái chồng chất lượng tử khi ở hai nơi cùng một lúc. Chúng tôi muốn kiểm tra giới hạn của điều này ý tưởng.”

“Chúng tôi đã đặt thành công các nguyên tử và phân tử ở trạng thái chồng chất này, nhưng chúng tôi muốn làm điều đó với những vật thể lớn hơn nhiều. Kim cương của chúng tôi được tạo thành từ một tỷ nguyên tử trở lên. Để kiểm tra bản chất lượng tử của lực hấp dẫn, chúng tôi phải tìm kiếm các tương tác.” giữa hai viên kim cương này do trọng lực.”

“Nếu lực hấp dẫn là lượng tử, nó sẽ có thể làm vướng víu hai viên kim cương. Sự vướng víu là một hiệu ứng lượng tử độc đáo trong đó hai thứ được kết nối chặt chẽ hơn khả năng có thể có trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ví dụ, nếu hai đồng xu có thể bị vướng víu, bạn có thể thấy rằng khi bạn lật chúng, chúng sẽ rơi xuống theo cùng một cách ngay cả khi không thể biết liệu chúng sẽ là đầu hay đuôi.

Những thách thức và hậu quả

Vẫn còn nhiều thách thức để hiện thực hóa ý tưởng này mà nhóm sẽ điều tra trong quá trình thực hiện dự án. Tiến sĩ David Moore, từ Viện nghiên cứu cho biết: “Ví dụ, chúng ta cần loại bỏ tất cả các tương tác giữa các hạt nano ngoài trọng lực, điều này rất khó khăn vì lực hấp dẫn quá yếu”. đại học Yale.

Giáo sư Morley, giám đốc sáng lập của Warwick Quantum, một sáng kiến ​​nghiên cứu công nghệ lượng tử đa ngành mới, nói thêm: “Đối với tôi, vấn đề quan trọng nhất trong vật lý hiện nay là phát triển một thí nghiệm có thể kiểm tra bản chất lượng tử của lực hấp dẫn. Dự án mới này là sự tăng tốc cho hành trình thú vị của chúng tôi hướng tới điều đó.

Quan điểm từ các học giả hợp tác

Giáo sư Sugaro Bose, từ Đại học College London, nhận xét: “Thật khó để nói quá tầm quan trọng của việc các nhà vật lý tiến hành các thí nghiệm có thể khám phá ra cách phù hợp để kết hợp cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng. lý thuyết dây, thường tập trung vào Điều gì xảy ra ở mức năng lượng cao, gần lỗ đen và ở vụ nổ lớn.

“Ngược lại, công việc của chúng tôi được thực hiện ở chế độ năng lượng thấp trên Trái đất, nhưng nó cũng sẽ cung cấp thông tin vô giá về… liệu Lực hấp dẫn là lượng tử. Thí nghiệm này cũng có thể được coi là sự xác minh dự đoán chung của bất kỳ lý thuyết lượng tử nào về lực hấp dẫn ở mức năng lượng thấp.

Giáo sư Anupam Mazumdar, từ Đại học Groningen, cho biết thêm: “Trên con đường tìm hiểu bản chất lượng tử của lực hấp dẫn, chúng ta có thể kiểm tra các khía cạnh khác của vật lý cơ bản chẳng hạn như những sai lệch kỳ lạ so với lực hấp dẫn Newton trong những khoảng cách ngắn”.

Andrew Geraci, phó giáo sư vật lý, cho biết: “Đây là một thí nghiệm đầy thách thức và dự án này mang tính đột phá trong việc giải quyết một số thách thức kỹ thuật quan trọng để biến những thử nghiệm về khía cạnh lượng tử của lực hấp dẫn này thành hiện thực”. trường Đại học Northwestern.

Dự án có tên là “MAST-QG: Sự chồng chất vĩ mô hướng tới việc xem xét bản chất lượng tử của lực hấp dẫn.”