Физики из университетов Гуаньчжоу и Сунь Ятсена проверили универсальность гравитации по отношению к объектам, обладающим различным спином. С точностью вплоть до десятимиллионных долей авторам удалось показать, что свободное падение для атомов рубидия не зависит от их собственного момента импульса. Этот результат позволяет ограничить параметры большой части моделей квантовой гравитации, в которых ускорение свободного падения зависит от квантовых свойств частиц. Кроме того авторы установили ограничения на скрученность пространства времени. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters (препринт), кратко о нем сообщает Physics.

Авторы использовали в своей работе облака из охлажденных до семи тысячных долей кельвина атомов рубидия-87. Для управления ими ученые использовали магнитооптические ловушки и луч лазера. Облако атомов поднимали на высоту порядка 70 сантиметров, после чего облучали определенным образом подобранными лазерными импульсами. Ускорение атомов определялось методами атомной интерферометрии, а спины последовательно переключались между состояниями спин-вверх и спин-вниз. Важнейшим требованием к установке была однородность магнитного поля.

Ориентации спинов (собственных моментов импульса) атомов рубидия в эксперименте. Xiao-Chun Duan et al. / arXiv.org, 2016

Вычисленные значения ускорений для разных спиновых состояний отличались не более чем на одну десятимиллионную долю. Этот результат ограничивает параметры многих теорий квантовой гравитации, а также классических расширений ОТО. В частности, авторы ограничили параметр скрученности пространства в теории Эйнштейна—Картана.

Универсальность свободного падения — одно из предположений, лежащих в основе общей теории относительности. Этот постулат был экспериментально проверен на макроскопических и микроскопических объектах. Точность его проверки для макроскопических (в том числе и вращающихся) тел достигает десятитриллионных долей. Вместе с тем, ускорения микроскопических объектов (к примеру, атомов) измерены с гораздо меньшей точностью — вплоть то десяти- и стамилионных долей. Ранее ученые предпринимали попытки сравнить свободное падение атомов с различными спиновыми состояниями, однако новая работа устанавливает наиболее сильные ограничения.

Автор: Владимир Королёв

.