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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.
Sur une puce atomique spécialement conçue à l’université Ben-Gourion du Néguev, des nuages d’atomes de rubidium ultrafroids ont été séparés en deux trajectoires quantiques. Une partie a été maintenue immobile par rapport au laboratoire et à la Terre ; l’autre a été placée en chute libre. Leur interférence a révélé la première mesure directe de la phase quantique prédite pour un objet en chute libre, selon les chercheurs de l’université Ben-Gourion, de l’université d’Ulm et de l’université d’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.
Le test vise le principe d’équivalence d’Einstein. Pour un observateur en chute libre, indique ce principe, la gravité doit disparaître localement — un ascenseur ou un avion en chute libre peut laisser ses occupants en apesanteur. Les objets quantiques compliquent la situation, car ils peuvent se comporter comme des ondes et suivre plusieurs trajectoires. L’expérience cherchait à déterminer si cette même règle gravitationnelle s’applique encore lorsqu’une onde atomique occupe les deux trajectoires.
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.
Des impulsions micro-ondes ont d’abord placé les atomes de rubidium ultrafroids en superposition quantique. De minuscules fils électriques sur la puce ont ensuite créé des champs magnétiques : une force dirigée vers le haut a maintenu une onde contre la gravité, tandis qu’une impulsion magnétique a poussé l’autre vers le haut avant la suppression du champ magnétique afin de simuler une chute libre. Une dernière impulsion a recombiné les deux parties, permettant à l’interféromètre de mesurer leur infime différence de phase quantique.
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.
Cette différence de phase correspondait à la prédiction d’Einstein. Des expériences similaires avaient déjà utilisé des objets quantiques pour mesurer la gravité, mais les chercheurs affirment qu’il s’agit de la première mesure directe de la phase prédite pour un objet en chute libre. Les résultats ont été publiés dans Science Advances. Le physicien d’Oxford Vlatko Vedral a déclaré que ce résultat fait entrer la mécanique quantique dans l’étude de la gravité, sans montrer que les deux grands cadres théoriques ont été unifiés.
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.
Concrètement, cette avancée fournit aux chercheurs une méthode de laboratoire éprouvée pour tester la gravité avec de la matière quantique et ouvre la voie à des expériences sur des objets plus massifs. Pour l’instant, la frontière a progressé de manière précise, mais limitée : le principe d’équivalence d’Einstein tient dans ce test quantique, tandis que la question de Penrose sur les superpositions durables d’objets massifs reste ouverte.