推 jass970991: 這看起來也太難做了吧 02/18 08:50
https://physicsworld.com/a/physicists-detect-an-aharonov-bohm-effect-for-gravity/
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl7152
https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.abm6854
"粒子即使不暴露於力場也能感受到位能影響"的想法似乎違反直覺，但由於涉及電磁相互
作用的實驗演示，它早已在物理學中被接受。現在美國的物理學家已經證明:所謂的阿哈
諾夫－波姆效應也適用於更弱的力：重力。物理學家的結論基於自由落體原子波包的行為
，他們說結果表明了一種測量牛頓引力常數的新方法，其精度遠高於過去。
最早由Werner Ehrenberg和Raymond Siday在1949年預測，該效應以Yakir Aharonov和
David Bohm的名字命名，後者在十年後發表了對其的分析。他們表明，雖然古典位能在它
們所代表的場之外沒有物理現實，但在量子世界中並非如此。為了證明他們的觀點，兩人
提出了一個思想實驗，其中兩個波包疊加的電子束在穿過一對金屬管時暴露於隨時間變化
的電位（但沒有場）。他們認為，這種電位會在波包之間引入相位差，因此當波包重新組
合時會導致可測量的物理效應—一組干涉條紋。
尋找引力的對應物
在最新的研究中，史丹福大學的Mark Kasevich及其同事表明，同樣的效果也適用於重力
。他們的實驗平台是原子干涉儀，它使用一系列雷射脈衝來分裂、引導和重組原子波包。
然後來自這些波包的干擾揭示了沿兩個臂經歷的相對相位的所有變化。
史丹福團隊準備了超冷的銣87原子雲，並使用重疊的雷射束模式（稱為光學晶格）將其發
射到 10米長的垂直真空管中。然後，雷射分束器將每個原子的波包分成上下軌道，前者
靠近重達 1.25kg的超純（因此無磁性）鎢的半圓形環，並放置在管的頂部。
這個想法是為了檢測由於時間膨脹引起的微小相移—事實上，在重力位中處於不同高度的
兩個時鐘將以略微不同的速率滴答作響。只有當波包之間的間隔明顯大於最近的干涉儀臂
和鎢源質量之間的距離時，這種相移才可測量。因此研究人員使用分束器將大量動量傳遞
給波包，同時將它們盡可能地分開——高達25cm，而最接近鎢的波包則為7.5cm。
然而，要觀察這種效應，物理學家還需要考慮由於源質量（力場）的引力牽引引起的相移
。他們還通過沿干涉儀發射原子雲來實現這一點，這些干涉儀的臂間距更近，這樣波包間
距（在這種情況下為2cm）與鎢質量的距離相比通常很小，因此對時間膨脹不敏感。
額外的效果
研究人員反復進行實驗，每次都會改變干涉儀上臂與源質量之間的最小距離。繪製兩
個臂之間的相位差隨臂質量距離的變化時，他們發現:緊密間隔臂干涉儀的曲線與僅因重
力場引起的波包偏轉的預期偏移相匹配。但對於臂距較寬的干涉儀而言，情況並非如此。
在這種情況下，場本身以外的東西已經引入了相移。
Kasevich及其同事將這種“其他東西”解釋為相對論時間膨脹，因此是阿哈諾夫－波姆相
移的證據。“這些結果表明，重力會產生類似於電磁相互作用產生的阿哈諾夫－波姆相移
”他們寫道。
研究人員指出，他們觀察到的相移與原子的質量成正比，這與理論預測一致。更重要的是
，這些相移取決於普朗克常數和牛頓引力常數G。因此研究人員認為通過精確表徵源質量
，這種類型的干涉儀可用於改進G的測量—其值遠不如任何其他基本常數精確。
烏爾姆德國航空航天中心的Albert Roura在《科學》雜誌上一篇有關該研究的論文中警告
說，此類實驗必須克服引力場中梯度的不良影響，因為這會使相移對原子波包的初始位置
和速度非常敏感。但他認為這問題可以通過他開發的一種技術來克服，該技術克服了海森
堡測不準原理對位置和動量精度的基本限制。“因此基於原子干涉法改進牛頓引力常數測
量的前景非常有希望，”他總結道。
意大利佛羅倫薩大學的Guglielmo Maria Tino也對未來的研究持樂觀態度。他說“最新結
果顯示原子量子傳感器作為新工具的潛力，可以幫助我們了解引力與量子物理學的關係”
。
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