Apakah gravitasi merupakan kuantitas? Pengalaman baru menjelajahi kedalaman alam semesta

• Para ilmuwan sedang mengembangkan eksperimen untuk menguji apakah gravitasi itu kuantum atau bukan
• Dalam mekanika kuantum, yang menggambarkan perilaku atom dan molekul, segala sesuatu berperilaku berbeda dari apa yang kita ketahui: mereka dapat berada dalam keadaan superposisi kuantum sehingga mereka berada di dua tempat pada waktu yang sama.
• Kini, para ilmuwan sedang mencari cara untuk menentukan apakah gravitasi bekerja dengan cara ini, dengan cara melayangkan berlian kecil ke dalam ruang hampa
• Jika gravitasi adalah kuantum, berlian akan “terjerat” – sebuah fenomena menarik yang menghubungkan dua objek dengan cara yang tidak mungkin dilakukan dalam kehidupan sehari-hari.
• Penelitian ini akan membantu memahami lubang hitam ledakan besar ituDan alam semesta

Eksperimen gravitasi kuantum

Para ilmuwan sedang mengembangkan eksperimen untuk menguji apakah gravitasi itu kuantum, salah satu pertanyaan terdalam tentang alam semesta kita.

Relativitas umum dan mekanika kuantum adalah dua deskripsi dasar kita tentang alam. Relativitas umum menjelaskan gravitasi dalam skala besar, sedangkan mekanika kuantum menjelaskan perilaku atom dan molekul.

Tantangan menyatukan teori

Bisa dibilang masalah terpenting yang belum terpecahkan dalam fisika fundamental adalah cara yang tepat untuk menggabungkan kedua teori ini – untuk menentukan apakah gravitasi beroperasi pada tingkat kuantum. Meskipun penelitian teoretis telah menyarankan banyak kemungkinan, eksperimen diperlukan untuk memahami sepenuhnya perilaku gravitasi.

Sinar laser di laboratorium Gavin Morley mengeksplorasi sifat kuantum berlian. Kredit: Gavin Morley

Sebuah pengalaman revolusioner oleh konsorsium global

Selama seratus tahun, eksperimen tentang sifat kuantum gravitasi tampaknya tidak masuk akal, namun kini para ilmuwan yang berbasis di Universitas Warwick, University College London, Yale (AS), Northwestern (AS), dan Groningen (Belanda) akan bekerja sama untuk selidiki Puzzle ini. .

Ide baru mereka adalah mengangkat dua berlian kecil ke dalam ruang hampa dan menempatkan keduanya dalam superposisi kuantum berada di dua tempat pada waktu yang sama. Perilaku yang berlawanan dengan intuisi ini adalah ciri mendasar mekanika kuantum.

Visi eksperimen Profesor Morley

Setiap berlian dapat dianggap sebagai versi lebih kecil dari kucing Schrödinger. Penyelidik Utama Profesor Gavin Morley, Departemen Fisika, Universitas WarwickDia menjelaskan: “Kucing Schrödinger adalah eksperimen pemikiran yang menunjukkan bahwa akan sangat aneh jika benda sehari-hari (dan hewan peliharaan!) berada dalam keadaan superposisi kuantum karena berada di dua tempat sekaligus. Kami ingin menguji batas-batas ini ide.”

“Kami telah berhasil menempatkan atom dan molekul dalam keadaan superposisi ini, namun kami ingin melakukannya dengan objek yang jauh lebih besar. Berlian kami terdiri dari satu miliar atom atau lebih. Untuk menguji sifat kuantum gravitasi, kita harus mencari interaksi antara dua berlian ini karena gravitasi.”

“Jika gravitasi adalah kuantum, ia akan mampu menjerat dua berlian. Keterikatan adalah efek kuantum unik di mana dua benda terhubung lebih kuat daripada yang mungkin terjadi dalam kehidupan kita sehari-hari. Misalnya, jika dua koin dapat terjerat, Anda mungkin menemukan bahwa ketika Anda membaliknya, mereka akan turun dengan cara yang sama meskipun tidak mungkin untuk mengetahui apakah keduanya adalah kepala atau ekor.

Tantangan dan dampaknya

Masih banyak tantangan untuk mewujudkan ide ini, yang akan diselidiki tim selama proyek berlangsung. “Misalnya, kita perlu menghilangkan semua interaksi antara nanopartikel selain gravitasi, yang sangat sulit dilakukan karena gravitasi sangat lemah,” kata Dr. David Moore, dari Universitas Yale.

Profesor Morley, yang merupakan direktur pendiri Warwick Quantum, sebuah inisiatif penelitian teknologi kuantum multidisiplin baru, menambahkan: “Bagi saya, masalah terpenting dalam fisika saat ini adalah mengembangkan eksperimen yang dapat menguji sifat gravitasi kuantum. Proyek baru ini merupakan percepatan perjalanan menarik kami menuju hal tersebut.

Perspektif dari para ilmuwan yang berkolaborasi

Profesor Sugato Bose, dari University College London, berkomentar: “Sulit untuk melebih-lebihkan betapa pentingnya bagi fisikawan untuk melakukan eksperimen yang dapat menemukan cara yang tepat untuk menggabungkan mekanika kuantum dan relativitas umum. Orang-orang yang mengerjakan teori gravitasi kuantum, seperti teori string, biasanya berfokus pada apa yang terjadi pada energi tinggi, di dekat lubang hitam, dan pada saat big bang.

“Sebaliknya, pekerjaan kami dilakukan pada rezim energi rendah di Bumi, namun hal ini juga akan memberikan informasi berharga tentang… apakah Gravitasi adalah kuantum. Eksperimen ini juga dapat dianggap sebagai verifikasi prediksi umum teori gravitasi kuantum pada energi rendah.

Profesor Anupam Mazumdar, dari Universitas Groningen, menambahkan: “Dalam perjalanan untuk memahami sifat gravitasi kuantum, kita mungkin dapat menguji aspek-aspek lain dari fisika fundamental seperti penyimpangan eksotik dari gravitasi Newton dalam jarak pendek.”

“Ini adalah eksperimen yang menantang, dan proyek ini merupakan terobosan dalam mengatasi beberapa tantangan teknis utama untuk mewujudkan pengujian aspek kuantum gravitasi menjadi kenyataan,” kata Andrew Geraci, profesor fisika. Universitas Barat Laut.

Proyek ini disebut “MAST-QG: Superposisi makroskopis untuk melihat sifat kuantum gravitasi.”