Капают квантовые капли

Поиск гравитационных волн, едва ли не самая сложная экспериментальная задача для физиков, требует сверхчувствительной аппаратуры.
Источник: sciencewise.anu.edu.au

В физике ХХ века случились две революции – рождение релятивизма и квантовой механики, – давшие миру атомную бомбу и лазер. Отцы-основатели двух, казалось бы, несовместимых друг с другом направлений Альберт Эйнштейн и Нильс Бор непримиримо спорили по поводу того, кто из них прав. Первый в подтверждение своей общей теории относительности (ОТО) придумал мысленный эксперимент. Никто и представить себе не мог, что придуманный Эйнштейном эксперимент с виртуальным лифтом, представляющий собой инерционную систему в условиях невесомости, в конечном итоге объединит идеи одного и другого, то есть общую относительность и квантовую механику.

Ученые довольно давно научились получать очень интересное состояние вещества – так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна (ВЕС). Он представляет собой охлажденную почти до абсолютного нуля группу атомов, которая в полном соответствии с положениями квантовой теории ведет себя как единое целое. Вот этот-то «архетипичный» квантовый объект, BEC, ученые и поместили в находящийся в свободном падении эйнштейновский лифт. Протестировать положения ОТО ученым помог атомный интерферометр. Статья большого коллектива немецких и французских ученых так и называется – «ВЕС в условиях микрогравитации» (ВЕС in Microgravity).

Изучением свободного падения занимались еще Галилей (его знаменитые опыты с бросанием различных предметов с балкона Пизанской башни) и Торричелли. Эйнштейн заявил, что невозможно отличить результаты локального эксперимента в падающем лифте и космосе, что и привело к формулированию основных положений ОТО. Но создатель теории отрицал дуалистичность природы, материальные объекты которой, согласно квантовой физике, имеют свойства как частицы, так и волны. (Эйнштейн полагал, что свет корпускулярен, благодаря чему и возможен фотоэффект и фотоэлемент.) Заблуждение гения тем более непонятно, что именно он вместе с индийцем С.Бозе постулировал возможность получения конденсата, в котором миллионы атомов теряют свою идентичность и ведут себя подобно одной большой – макроскопической – волновой функции.

Немецкие и французские физики в своих экспериментах «сбрасывали» ВЕС в колодец 150-метровой башни. Свободный полет конденсата продолжался несколько секунд, в результате BEC начал расширяться подобно нашей Вселенной. При этом атомы успели сформировать волну когерентных материальных частиц (СМW – Coherent Matter Wave). Новый, вполне реальный, эксперимент дал в распоряжение ученых многообещающий источник идей и подходов в деле создания и разработки совершенно неожиданного варианта интерферометрии, опирающейся на единство материальных объектов, ведущих себя одновременно как волна.

Новый вид интерферометрии позволит досконально проверить универсальность идей отцов-основателей релятивизма и квантовой механики в условиях свободного падения «квантированной» материи. Вполне возможно, что новая интерферометрия позволит наконец-то решить вопрос с регистрацией в земных условиях приходящих к нашей планете гравитационных волн. Сегодняшние лазерные интерферометры детектора LIGO (Large Interferometer Gravitational Observatory) жестко фиксированы в своих бетонных тоннелях, что резко ограничивает их разрешающую способность. И попытки ученых повысить чувствительность этой гравитационной обсерватории пока не дают желаемых результатов. Так не лучше ли все бросить, вернее бросать ВЕС с высоты той же Эйфелевой башни или из окон квартир на верхних этажах 800-метровой дубайской башни «Бурдж Халифа»?