MIT провів експеримент, який може стати першим прямим доказом квантової природи гравітації, поєднавши лазерне охолодження та класичні гравітаційні інструменти.

Команда на чолі з Донгчелом Шіном з кафедри машинобудування MIT створила експериментальну платформу, що охолоджує торсійний осцилятор — механічний маятник — до температури 10 міллікельвінів, використовуючи лазери. Таке охолодження відкриває шлях до досліджень, де гравітація може проявити свою квантову сутність. Як зазначає Шін, «ключ до відповіді на це питання лежить у створенні механічних систем, які є достатньо масивними, щоб відчувати гравітацію, але при цьому достатньо тихими — квантовими».

Історично, торсійні маятники використовувалися для перевірки гравітаційних законів, ще з часів Генрі Кавендіша. Проте MIT уперше застосував до них методи з атомної фізики — зокрема, активне лазерне охолодження, яке традиційно застосовувалося для охолодження атомів до наднизьких температур. Шін наголошує: «Ми намагаємося поєднати класичний і квантовий світи», — підкреслюючи інноваційність платформи.

Основою точного вимірювання стали дзеркальні оптичні важелі. За словами Шіна, «навіть найменший нахил дзеркала призводить до помітного зміщення променя на детекторі». Але коливання лазерного променя могли викликати помилкові сигнали. Команда вирішила це, використавши дзеркальний компенсатор, який скасовує небажані рухи, дозволяючи точно фіксувати справжні квантові коливання.

Цей прорив дозволив зменшити шум у тисячу разів та досягти точності, що перевищує власні квантові нульові коливання осцилятора в десять разів. Шін зазначає, що «наступним завданням залишається досягнення фактичного квантового основного стану». Це стане вирішальним етапом, аби перевірити взаємодію двох осциляторів, які зв’язані лише гравітацією.

Цей досвід вказує на нову роль машинобудування у фундаментальній фізиці. «Неймовірно приємно бачити, як така широка підготовка допомагає вирішувати одне з найфундаментальніших питань науки», — підсумовує Шін. Його дослідження прокладає шлях до потенційного відкриття — квантової природи гравітації, що може змінити наше розуміння Всесвіту.