قاد فريقٌ من الباحثين من ألمانيا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة، بمشاركة الحائز على جائزة نوبل Roger Penrose، وبقيادة الفيزيائي Ron Folman من Ben-Gurion Üniversitesi Negev، تجربةً وضعوا فيها ذرةً واحدة في تراكب مسارين مداريين مختلفين، وذلك لدراسة تقاطع ميكانيكا الكم مع النسبية. وفي الجهاز الذي أُطلق عليه اسم Quantum Galileo Interferometer (QGI)، سلكت الذرة في أحد المسارين سقوطًا حرًا، بينما أُبقيت الذرة في المسار الآخر ثابتةً في مكانها. ثم جرى دمج المسارين في الوقت نفسه وفي النقطة نفسها، وقيس فرق الطور الذي أحدثه السقوط في الخاصية الموجية للذرة.
ولا يمكن رصد الطبيعة الموجية للذرات إلا عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق وبسرعات منخفضة جدًا. وبما أن الطور لا يمكن قياسه بمفرده، يجب فصل جسيم واحد إلى مسارين مداريين ثم إعادة دمجهما. أما في تجربة السقوط الحر، فكان تسارع الذرة الساقطة قد يفسد التداخل الكمومي، لأنه سيكشف معلومات عن المسار الذي سلكته. وحل الفريق هذه المشكلة عبر قذف إحدى الذرتين إلى أعلى، بحيث تعود بفعل الجاذبية إلى نقطة البداية، مع إبقاء الذرة الأخرى ثابتةً في الهواء بواسطة قوة مغناطيسية. وأثناء عودة الذرة الساقطة، قطعت نبضة مغناطيسية ثانية سرعتها في اللحظة التي بلغت فيها نقطة البداية.
يستخدم QGI نبضات ميكروويف ومغناطيسية؛ وقد نُظمت نحو 20,000 ذرة روبيديوم في حالة تكاثف بوز-أينشتاين، تثبتها مجالات تولدها أسلاك مجهرية على شريحة. وكانت الشريحة معلقةً مقلوبة على ارتفاع نحو 113 ميكرومترًا فوق الذرات. وبلغت أكبر مسافة بين المسارين نحو 7.5 ميكرومتر، بينما وصل أطول زمن طيران إلى جزأين من ألف من الثانية. ولوحظ أن الطور يزداد كلما طال السقوط، وأظهرت البيانات فرق الطور الذي تنبأت به النظرية.
ذكر الباحثون أن النتيجة أظهرت للمرة الأولى أن مبدأ التكافؤ يعمل في نظام يوجد في تراكب كمومي. وأظهرت المرحلة المقاسة انحرافًا بنسبة 2.5 بالمئة عن التنبؤ النظري. وأوضح الفريق أن التجربة تمثل نقطة مرجعية لاختبار الحد الفاصل بين نسبية Einstein وميكانيكا الكم.
يعمل مختبر Folman الآن على QGI أكبر قادر على إدخال nanodiamond، الأثقل من الذرات بـ 10 مراتب من حيث المقدار، في حالة تراكب. والهدف هو اختبار تراكب انحناءات مختلفة للزمكان ورصد الانهيار الكمومي المتوقع في فرضية Penrose وLajos Diósi. ويأمل الفريق أن يصبح ذلك ممكنًا خلال أربع أو خمس سنوات. ونُشرت الدراسة في Science Advances عام 2026؛ DOI: 10.1126/sciadv.aec8045.
لماذا هذا مهم
تقدم هذه الدراسة أساسًا تجريبيًا يوضح أن مبدأ التكافؤ لا يقتصر على حركة الأجسام الكلاسيكية، بل يمكن اختباره أيضًا لنظام واحد يوجد في حالة تراكب كمومي. ولذلك، تشكل النتيجة نقطة مرجعية يمكن استخدامها لتقييم التوافق بين النظريتين في الأبحاث التي تتناول ميكانيكا الكم والنسبية معًا. ويطرح انحراف القياس بنسبة 2.5 بالمئة عن التنبؤ النظري إمكانية إعادة اختبار المنهج على أنظمة أكبر. وبالنسبة إلى الباحثين العاملين خصوصًا عند تقاطع الفيزياء الكمومية والجاذبية والفيزياء الأساسية، يتمثل السؤال المفتوح في ما إذا كان هذا المبدأ سيظل قائمًا أيضًا في تراكب nanodiamond الأثقل بكثير من الذرات، وكيف سيتصرف بالتزامن مع انحناءات مختلفة للزمكان.