Международная группа физиков опровергла одну из ключевых теорий, объясняющих, почему законы квантовой механики не проявляются в макромире. Эксперимент в итальянской подземной лаборатории Гран-Сассо не зафиксировал излучение, которое предсказывала модель, связывающая исчезновение квантовых эффектов с флуктуациями пространства-времени под действием гравитации. Результаты исследования опубликованы в New Journal of Physics.
Квантовая механика допускает, что частицы могут одновременно находиться в нескольких состояниях – это явление называют суперпозицией. Его иллюстрирует мысленный эксперимент Шрёдингера с котом, который одновременно и жив, и мёртв до момента наблюдения. Однако в повседневной жизни макроскопические объекты так себя не ведут. Процесс утраты квантовых свойств называют декогеренцией, и её точная причина остаётся одним из фундаментальных вопросов физики.
Одна из гипотез, предложенная ещё в 1960-х годах венгерским физиком Фридьешем Каройхази, предполагала, что за декогеренцию ответственна гравитация. Согласно его модели, ткань пространства-времени не является абсолютно гладкой и испытывает постоянные микроскопические колебания. Эти флуктуации, как считалось, должны разрушать квантовую суперпозицию, заставляя объекты переходить в одно определённое состояние.
У этой теории есть проверяемое следствие: флуктуации пространства-времени должны заставлять заряженные частицы хаотично двигаться и испускать крайне слабое электромагнитное излучение. Чтобы уловить этот сигнал, учёные разместили высокочувствительный детектор из сверхчистого германия глубоко под землёй. Лаборатория Гран-Сассо расположена под 1,4-километровой толщей скальных пород, которая экранирует оборудование от космических лучей и других фоновых помех.
Исследователи собирали данные в течение 62 дней, но после вычета всех известных фоновых шумов не обнаружили никаких следов искомого излучения. Отсутствие сигнала прямо противоречит предсказаниям модели Каройхази. Хотя полученные данные не исключают полностью роль гравитации в квантовых процессах, они значительно сужают круг поиска верной теории. По словам учёных, эксперимент показывает, что современные технологии позволяют проверять гипотезы, которые ещё недавно считались сугубо умозрительными, и приближают науку к пониманию связи между гравитацией и квантовой механикой.
