いくつかの大学の科学者が、重力に量子的性質があるかどうかを調べる「MAST-QG」と呼ばれる実験に協力している。この実験には、量子重ね合わせの状態でマイクロダイヤモンドを浮遊させることが含まれており、一般相対性理論と量子力学を組み合わせることが目的です。研究は複雑ですが、重力に対する私たちの理解を根本的に変え、物理学に広範な影響を与える可能性があります。
科学者たちは、重力が量子であるかどうかをテストする実験を開発中です。これは宇宙における最も深遠な疑問の 1 つです。原子や分子の振る舞いを記述する量子力学では、物体は私たちが知っているものとは異なる振る舞いをします。つまり、物体は同時に 2 つの場所の量子重ね合わせに存在することができます。一般相対性理論と量子力学は、自然の 2 つの最も基本的な説明です。一般相対性理論は重力を大規模に説明し、量子力学は原子や分子の挙動を説明します。
現在、科学者たちは、真空中で小さなダイヤモンドを浮遊させることによって、重力がこのように作用するかどうかを判断する方法に取り組んでいます。重力が量子である場合、ダイヤモンドを「絡める」可能性があります。これは、日常生活では起こりそうもない方法で 2 つの物体をしっかりと結び付けることができる興味深い現象です。
この研究は、人々がブラックホール、ビッグバン、宇宙の謎を理解するのに役立ちます。
統一理論への挑戦
おそらく、基礎物理学における最も重要な未解決の問題は、2 つの理論を組み合わせる正しい方法、つまり重力が量子レベルで機能するかどうかを判断することです。理論的研究は多くの可能性を示唆していますが、重力の挙動を完全に理解するには実験が必要です。
100年間、重力の量子的性質に関する実験は手の届かないところにあるように思われていましたが、現在、ウォリック大学、ロンドン大学ロサンゼルス校、イェール大学（米国）、ノースウェスタン大学（米国）、フローニンゲン大学（オランダ）の科学者が力を合わせてこの謎を調査する予定です。
彼らの新しいアイデアは、2 つのマイクロダイヤモンドを真空中で浮遊させ、各ダイヤモンドが同時に 2 つの位置の量子重ね合わせになるようにすることです。この直感に反する動作は、量子力学の基本的な特徴です。
それぞれのダイヤモンドは、シュレーディンガーの猫の小型版と考えることができます。ウォリック大学物理学科の主任研究員ギャビン・モーリー教授は次のように説明した。「シュレディンガーの猫は、日常の物体（そしてペットも！）が同時に 2 つの場所の量子重ね合わせに存在できるとしたら非常に奇妙であることを示唆する思考実験であり、私たちはこの考えの限界をテストしたかったのです。
原子と分子はこの重ね合わせ状態に入ることができましたが、私たちはそれをより大きな物体で行いたいと考えていました。私たちのダイヤモンドは 10 億個以上の原子で構成されています。重力の量子的性質をテストするために、このような 2 つのダイヤモンド間の重力相互作用を探します。
重力が量子であれば、2 つのダイヤモンドを絡めることができます。もつれは、2 つのものが日常生活よりも密接に結びつく独特の量子効果です。たとえば、2 枚のコインが絡まることができた場合、表になるか裏になるかを事前に知ることは不可能であっても、コインを裏返すたびに同じように着地することがわかるかもしれません。 」
課題と影響
このアイデアを実現するには多くの課題があり、チームはプロジェクト中にそれを検討する予定です。 「例えば、重力を除くナノ粒子間のすべての相互作用を排除する必要がありますが、重力は非常に弱いため、これは非常に困難です」とイェール大学のデイビッド・ムーア博士は述べた。
量子技術研究における新たな学際的取り組みであるワーウィック・クアンタムの創設ディレクターであるモーリー教授は、「私にとって、現時点で物理学における最も重要な問題は、重力の量子特性をテストできる実験を開発することである。この新しいプロジェクトは、この目標に向けた我々の進歩を加速するだろう。」と付け加えた。
ロンドン大学ロサンゼルス校のスジャト・ボーズ教授は、「物理学者にとって、量子力学と一般相対性理論の正しい組み合わせを探ることができる実験の重要性は、どれだけ強調してもしすぎることはない。ひも理論などの量子重力理論を研究する人々は、通常、近くやビッグバンで起こった高エネルギーのブラックホールに注目する。対照的に、私たちの研究は地球上の低エネルギー環境で行われたが、重力が量子重力であるかどうかについての貴重な情報も提供することになるだろう。」さらに、この実験は、低エネルギーにおける量子重力理論の一般的な予測を検証すると見ることもできます。」
フローニンゲン大学のアヌパム＝マズムダール教授は、「重力の量子的性質を理解する過程で、ニュートン重力からの短距離特異偏差など、基礎物理学の他の側面をテストできるかもしれない」と付け加えた。
「これは挑戦的な実験であり、このプロジェクトは重力の量子的側面の実験を現実にするための重要な技術的課題のいくつかを解決する道筋を見つけるものです」とノースウェスタン大学の物理学准教授アンドリュー・ゲラシ氏は述べた。
このプロジェクトは「MAST-QG: 重力の量子的性質の巨視的な重ね合わせを目撃する」と呼ばれています。
コンパイルされたソース: ScitechDaily