Квантова загадка: експеримент в Італії поставив під сумнів роль гравітації в декогеренції

Чому елементарні частинки можуть перебувати в кількох станах одночасно, а великі предмети навколо нас — ніколи? Це питання, відоме як парадокс кота Шредінгера, досі залишається однією з головних нерозв'язаних проблем фізики. Процес, під час якого квантові властивості зникають у макросвіті, називають декогеренцією. Що саме її спричиняє — невідомо.

Керівниця дослідницької групи Національного інституту ядерної фізики Італії Каталіна Курчану пояснює масштаб питання: «одне з найглибших питань сучасної фізики полягає в тому, чому дивна квантова поведінка атомів і частинок зникає в макроскопічному світі, який ми бачимо щодня».

Одна з популярних відповідей належить угорському теоретику Фріг'єшу Каролігазі. Ще у 1960-х роках він припустив, що тканина простору й часу зазнає неминучих мікроскопічних коливань. Саме ці гравітаційні флуктуації, за його моделлю, поступово руйнують квантову суперпозицію великих об'єктів.

Побачити тремтіння простору напряму неможливо, але вони мали б штовхати електричні заряди й змушувати їх випромінювати ледь помітне електромагнітне світло. Щоб зафіксувати такий сигнал, дослідники спустилися в підземну лабораторію Гран-Сассо. Комплекс лежить під півторакілометровою товщею скель, яка захищає чутливі прилади від космічного фону та радіаційного шуму.

Усередину товстої броні зі свинцю та міді вчені помістили кристал надчистого германію розміром із кавову чашку. Прилад збирав дані протягом 62 днів. Результат виявився однозначним: жодного очікуваного спалаху детектори не зафіксували.

«Відсутність сигналу сама по собі є важливим науковим результатом. Виключивши одну з найстаріших моделей декогеренції під дією гравітації, ця робота звужує пошук теорії взаємодії гравітації з квантовою механікою», — каже Курчану.

Провідний автор експерименту Крістіан Пішикк'я з Дослідницького центру Енріко Фермі додає: «кожен підхід до квантової гравітації зрештою передбачає існування мінімальної довжини, пов'язаної з невизначеністю вимірювання простору і часу». За словами науковців, сучасні детектори стали настільки точними, що здатні відсікати ідеї, які десятиліттями існували лише у вигляді теоретичних формул.