量子粒子可以感受到它们从未接触过的引力场的影响

如果你迷信，黑猫挡在你的路上是不吉利的，即使你保持距离。同样，在量子物理学中，粒子可以感受到它们从未直接接触过的磁场的影响。现在，科学家们已经表明，这种怪异的量子效应不仅适用于磁场，也适用于引力——这并非迷信。

通常，要感受到磁场的影响，粒子必须穿过它。但在1959年，物理学家YakirAharonov和DavidBohm预测，在特定情况下，传统智慧会失效。包含在圆柱形区域中的磁场会影响永远不会进入圆柱体的粒子——在他们的例子中是电子。在这种情况下，电子没有明确的位置，而是处于“叠加”状态，量子状态由粒子在两个不同位置具体化的几率来描述。每个破碎的粒子同时沿着磁性圆柱体走两条不同的路径。尽管从未接触过电子，因此没有对它们施加任何力，但磁场改变了在这一旅程结束时发现粒子的模式，因为各种实验已经证实(SN：3/1/86)。

物理学家在1月14日的《科学》杂志上报告说，在新的实验中，同样不可思议的物理学也在引力场中发挥作用。“每次我看到这个实验时，我都会想，'大自然就是这样，真是太神奇了，'”斯坦福大学的物理学家马克卡塞维奇说。

Kasevich和他的同事在一个10米高的真空室内发射铷原子，用激光击中它们，使它们处于量子叠加态，追踪两条不同的路径，然后观察原子如何下落。值得注意的是，这些粒子并不处于无引力场的区域。相反，该实验的设计是为了让研究人员能够过滤掉引力的影响，从而暴露出令人毛骨悚然的Aharonov-Bohm影响。

该研究不仅揭示了新背景下著名的物理效应，还展示了研究引力系统中微妙效应的潜力。例如，研究人员旨在使用这种技术更好地测量牛顿的万有引力常数G，它揭示了引力的强度，并且目前已知的精度低于自然界的其他基本常数(SN:8/29/18)。

一种称为干扰的现象是该实验的关键。在量子物理学中，原子和其他粒子的行为就像可以相加和相减的波浪，就像两个海浪在海洋中合并形成一个更大的波浪一样。在原子飞行结束时，科学家们重新组合原子的两条路径，使它们的波发生干涉，然后测量原子到达的位置。到达位置对改变波峰和波谷降落位置的调整高度敏感，称为相移。

在真空室的顶部，研究人员放置了一大块重达1.25千克的钨。为了分离Aharonov-Bohm效应，科学家们在有和没有这个质量的情况下进行了相同的实验，并针对两组不同的发射原子进行了实验，一组飞得靠近质量，另一组飞得更低。这两组原子中的每一个都被分成叠加态，一条路径比另一条路径更接近质量，相隔约25厘米。其他原子组，在更小的距离上分开叠加，使船员更加完善。比较不同原子组在有钨质量和没有钨质量的情况下是如何干涉的，梳理出一个不是由于引力引起的相移。相反，这种调整来自时间膨胀，这是爱因斯坦引力理论、广义相对论的一个特征，

这个实验的两个理论，广义相对论和量子力学，不能很好地协同工作。科学家们不知道如何将它们结合起来描述现实。因此，对于物理学家来说，佛罗伦萨大学的GuglielmoTino(未参与这项新研究)说，“用量子传感器探测引力，我认为这确实是……目前最重要的挑战之一。”