Ben-Gurion Üniversitesi Negev’den fizikçi Ron Folman liderliğindeki, Almanya, Birleşik Krallık ve ABD’den araştırmacıların, Nobel ödüllü Roger Penrose’un da katıldığı ekip, kuantum mekaniği ile göreliliğin kesişimini incelemek için tek bir atomu iki farklı yörüngenin süperpozisyonuna yerleştirdi. Quantum Galileo Interferometer (QGI) adı verilen düzenekte atomun bir yolu serbest düşerken diğer yolundaki atom yerinde sabit tutuldu. İki yol aynı anda ve aynı noktada birleştirilerek, düşüşün atomun dalga özelliğinde oluşturduğu faz farkı ölçüldü.
Atomların dalga doğası ancak mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda ve çok düşük hızlarda gözlenebiliyor. Faz tek başına ölçülemediği için tek bir parçacığın iki yörüngeye ayrılması ve yeniden birleştirilmesi gerekiyor. Serbest düşüş deneyinde ise düşen atomun hızlanması, hangi yolu izlediğine dair bilgi vereceğinden kuantum girişimini bozabilirdi. Ekip bu sorunu, atomlardan birini yukarı fırlatıp yerçekimiyle başlangıç noktasına dönmesini, diğerini ise manyetik kuvvetle havada sabit tutmasını sağlayarak çözdü. Düşen atom geri dönerken ikinci bir manyetik darbe, hızını başlangıç noktasına ulaştığı anda kesti.
QGI, mikrodalga ve manyetik darbeler kullanıyor; yaklaşık 20,000 rubidyum atomu, bir çip üzerindeki mikroskobik tellerin oluşturduğu alanlarla tutulan Bose-Einstein yoğuşması halinde düzenleniyor. Çip, atomların yaklaşık 113 mikrometre üzerinde baş aşağı duruyor. Yörüngeler arasındaki en büyük mesafe yaklaşık 7.5 mikrometreye, en uzun uçuş süresi ise iki-thousandths of a second’a ulaştı. Düşüş uzadıkça fazın arttığı gözlendi ve veriler, teorinin öngördüğü faz farkını gösterdi.
Araştırmacılar, sonucun kuantum süperpozisyonundaki bir sistemde eşdeğerlik ilkesinin işlediğini ilk kez ortaya koyduğunu belirtti. Ölçülen faz, teorik tahminden 2.5 percent sapma gösterdi. Ekip, deneyin Einstein’ın göreliliği ile kuantum mekaniği arasındaki sınırı test eden bir kontrol noktası olduğunu ifade etti.
Folman’ın laboratuvarı şimdi atomlardan 10 orders of magnitude daha ağır nanodiamond’ları süperpozisyona sokacak daha büyük bir QGI üzerinde çalışıyor. Amaç, farklı uzayzaman eğriliklerinin süperpozisyonunu test etmek ve Penrose ile Lajos Diósi’nin hipotezinde öngörülen kuantum çöküşünü gözlemek. Ekip bunun four or five years içinde mümkün olmasını umuyor. Çalışma Science Advances, 2026’da yayımlandı; DOI: 10.1126/sciadv.aec8045.
Neden önemli
Bu çalışma, eşdeğerlik ilkesinin yalnızca klasik cisimlerin hareketiyle sınırlı olmadığını, kuantum süperpozisyonundaki tek bir sistem için de sınanabildiğini gösteren deneysel bir dayanak sunuyor. Bu nedenle sonuç, kuantum mekaniği ile göreliliğin birlikte ele alındığı araştırmalarda, iki kuram arasındaki uyumu değerlendirmek için kullanılabilecek bir kontrol noktası oluşturuyor. Ölçümün teorik tahminden yüzde 2,5 sapması, yöntemin daha büyük sistemlerde yeniden sınanmasını gündeme getiriyor. Özellikle kuantum fiziği, yerçekimi ve temel fizik kesişiminde çalışan araştırmacılar açısından açık soru, bu ilkenin atomlardan çok daha ağır nanodiamond’ların süperpozisyonunda da korunup korunmayacağı ve farklı uzayzaman eğrilikleriyle birlikte nasıl davranacağıdır.