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On a specially designed atom chip at Ben-Gurion University of the Negev, clouds of ultracold rubidium atoms were split into two quantum paths. One part was held stationary relative to the laboratory and Earth; the other was put into free fall. Their interference revealed the first direct measurement of the quantum phase predicted for a freely falling object, according to the researchers from Ben-Gurion, the University of Ulm and the University of Oxford.
En un chip atómico diseñado especialmente en la Universidad Ben-Gurión del Néguev, unas nubes de átomos de rubidio ultrafríos se dividieron en dos trayectorias cuánticas. Una parte permaneció inmóvil respecto al laboratorio y la Tierra; la otra quedó en caída libre. Su interferencia reveló la primera medición directa de la fase cuántica predicha para un objeto en caída libre, según los investigadores de la Universidad Ben-Gurión, la Universidad de Ulm y la Universidad de Oxford.
The test targets Einstein’s equivalence principle. For an observer in free fall, the principle says, gravity must disappear locally—a lift or airplane falling freely can leave its occupants weightless. Quantum objects complicate the picture because they can behave like waves and travel along more than one path. The experiment asked whether that same gravitational rule still applies when an atomic wave occupies both paths.
La prueba se centra en el principio de equivalencia de Einstein. Para un observador en caída libre, dice el principio, la gravedad debe desaparecer localmente: un ascensor o un avión que caen libremente pueden dejar a sus ocupantes sin peso. Los objetos cuánticos complican el panorama porque pueden comportarse como ondas y desplazarse por más de una trayectoria. El experimento planteó si esa misma regla gravitatoria sigue aplicándose cuando una onda atómica ocupa ambas trayectorias.
Microwave pulses first placed the ultracold rubidium atoms into quantum superposition. Tiny electrical wires on the chip then created magnetic fields: an upward force held one wave against gravity, while a magnetic pulse pushed the other upward before the magnetic field was removed to simulate free fall. A final pulse recombined the two parts, allowing the interferometer to measure their tiny difference in quantum phase.
Los pulsos de microondas colocaron primero los átomos de rubidio ultrafríos en una superposición cuántica. Después, unos diminutos cables eléctricos del chip crearon campos magnéticos: una fuerza ascendente mantuvo una onda contra la gravedad, mientras un pulso magnético empujó la otra hacia arriba antes de retirar el campo magnético para simular una caída libre. Un pulso final volvió a unir ambas partes, lo que permitió al interferómetro medir su diminuta diferencia de fase cuántica.
That phase difference matched Einstein’s prediction. Similar experiments had already used quantum objects to measure gravity, but the researchers say this is the first direct measurement of the predicted phase of a freely falling object. The findings were published in Science Advances. Oxford physicist Vlatko Vedral said the result takes quantum mechanics into gravity without showing that the two major frameworks have been unified.
Esa diferencia de fase coincidió con la predicción de Einstein. Experimentos similares ya habían utilizado objetos cuánticos para medir la gravedad, pero los investigadores afirman que esta es la primera medición directa de la fase predicha de un objeto en caída libre. Los resultados se publicaron en Science Advances. El físico de Oxford Vlatko Vedral afirmó que el resultado lleva la mecánica cuántica al ámbito de la gravedad, pero no demuestra que los dos grandes marcos teóricos se hayan unificado.
Concretely, the advance gives researchers a demonstrated laboratory route for testing gravity with quantum matter and points toward experiments on more massive objects. For now, the boundary has moved in a precise but limited way: Einstein’s equivalence principle holds in this quantum test, while Penrose’s question about long-lived superpositions of massive objects remains open.
En términos concretos, el avance ofrece a los investigadores una vía de laboratorio demostrada para estudiar la gravedad con materia cuántica y apunta hacia experimentos con objetos más masivos. Por ahora, la frontera se ha desplazado de una forma precisa, aunque limitada: el principio de equivalencia de Einstein se cumple en esta prueba cuántica, mientras sigue abierta la cuestión de Penrose sobre las superposiciones duraderas de objetos masivos.