Misurata la fase quantistica della gravità negli atomi di rubidio

Su un chip atomico appositamente progettato all'Università Ben-Gurion del Negev, nubi di atomi di rubidio ultrafreddi sono state divise in due percorsi quantistici. Una parte è stata mantenuta ferma rispetto al laboratorio e alla Terra; l'altra è stata posta in caduta libera. La loro interferenza ha rivelato la prima misurazione diretta della fase quantistica prevista per un oggetto in caduta libera, secondo i ricercatori di Ben-Gurion, dell'Università di Ulm e dell'Università di Oxford.

Il test prende di mira il principio di equivalenza di Einstein. Per un osservatore in caduta libera, afferma il principio, la gravità deve scomparire localmente: un ascensore o un aereo in caduta libera possono lasciare i loro occupanti senza peso. Gli oggetti quantistici complicano il quadro perché possono comportarsi come onde e percorrere più di un cammino. L'esperimento si è chiesto se la stessa regola gravitazionale valga ancora quando un'onda atomica occupa entrambi i percorsi.

Impulsi a microonde hanno dapprima posto gli atomi di rubidio ultrafreddi in una sovrapposizione quantistica. Minuscoli fili elettrici sul chip hanno quindi creato campi magnetici: una forza diretta verso l'alto ha mantenuto un'onda contro la gravità, mentre un impulso magnetico ha spinto l'altra verso l'alto prima che il campo magnetico venisse rimosso per simulare la caduta libera. Un impulso finale ha ricombinato le due parti, consentendo all'interferometro di misurare la loro minima differenza di fase quantistica.

La differenza di fase ha coinciso con la previsione di Einstein. Esperimenti analoghi avevano già usato oggetti quantistici per misurare la gravità, ma i ricercatori affermano che questo è il primo a misurare direttamente la fase prevista di un oggetto in caduta libera. I risultati sono stati pubblicati su Science Advances. Il fisico di Oxford Vlatko Vedral ha affermato che il risultato porta la meccanica quantistica nel campo della gravità, senza dimostrare che i due principali quadri teorici siano stati unificati.

In concreto, il progresso offre ai ricercatori una procedura di laboratorio dimostrata per studiare la gravità con la materia quantistica e indica la strada verso esperimenti su oggetti più massicci. Per ora, il confine è avanzato in modo preciso ma limitato: il principio di equivalenza di Einstein vale in questo test quantistico, mentre resta aperta la questione sollevata da Penrose sulle sovrapposizioni di lunga durata di oggetti massicci.