Фізики розробили схему досліду, в якому можна спостерігати гравітаційний аналог ефекту Священства — Бома

Фізики з Каліфорнійського університету в Берклі (США) і Віденського університету (Австрія) розробили схему лабораторного интерферометрического досвіду, в якому можна спостерігати гравітаційний аналог ефекту Священства — Бома.

Оригінальний — електромагнітний — варіант ефекту був охарактеризований експериментально і теоретично в середині ХХ століття. Суть його полягає в тому, що квантова частинка, на відміну від класичної, відчуває вплив електромагнітного поля навіть там, де напруженість електричного поля магнітна індукція звертаються в нуль, але скалярний і (або) векторний потенціали поля відмінні від нуля. Формально обґрунтувати можливість такого впливу нескладно:

досить зауважити, що рівняння Шредінгера для хвильової функції зарядженої частинки в зовнішньому електромагнітному полі містить потенціал останнього, який визначає фазу хвильової функції. При коректному виборі геометрії досвіду це дає спостерігається інтерференційний ефект, що зберігається і при відсутності прямого силового впливу на частинку.

Традиційно ефект Священства — Бома реєструвався в експериментах з електронами. Монохроматичний пучок частинок розділяли надвоє, а отримані пучки обтікали розсіювач — мініатюрний соленоїд, магнітним потоком якого можна було керувати. Після об’єднання пучків фізики вивчали інтерференційну картину і переконувалися в тому, що її параметри залежать від величини охоплюваного магнітного потоку і відповідають розрахункам.

Ці спостереження серйозно вплинули на розвиток теорії, підтвердивши, що поняття сили при формулюванні законів краще замінити поняттям потенціалу. Якщо раніше електромагнітні потенціали могли розглядатися як чисто математичні конструкти, то тепер їх зв’язок з безпосередньо вимірюваними величинами вважається доведеною.

Рис. 1. Схеми розміщення сфер і дії інтерферометра. На нижньому малюнку позначені переміщення тільки однієї пари сфер, а друга (у плеча інтерферометра хА) — не показана. (Ілюстрація авторів роботи).

Розглянутий американо-австрійською групою варіант ефекту Священства — Бома повинен, як нескладно здогадатися, давати якийсь реєстрований сигнал, викликаний дією гравітаційного потенціалу, при відсутності гравітаційних сил.

Цей сигнал автори пропонують виділити в досвіді з холодними атомами, що переміщуються за допомогою оптичної решітки, і двома ідентичними масами — сферами, в яких виконають наскрізний отвір. Їх загальний гравітаційний потенціал буде мати сідлової точки, одна з яких знаходиться між сферами (на малюнку вище — хА = 0), а інша — поблизу центрів сфер (±хВ). В цих точках гравітаційні сили, що діють з боку сфер, компенсуються.

Щоб створити интерферометрическую схему, фізики планують ввести атом в суперпозицію двох квантових станів у момент часу t0, також позначений на малюнку вище. Ці стани необхідно переправити в сідлової точки і деякий час Т = t2 – t1 (~1 с) утримувати там, щоб забезпечити накопичення фазових зрушень. В момент часу t3 хвилі матерії будуть зведені воєдино, і отримана інтерференційна картина покаже різниця фаз, поява якої пояснюється дією гравітаційного ефекту Священства — Бома.

Взагалі кажучи, такий експеримент зручніше всього проводити в умовах мікрогравітації. У звичайних лабораторних умовах фізикам доведеться враховувати вплив сили тяжіння, порівнюючи результати, отримані в інтерферометрі зі сферами і без сфер, але це, за словами авторів, не повинна сильно вплинути на результати.

Повна версія звіту опублікована в журналі Physical Review Letters.

compulenta.ru

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *