양자 역학과 일반 상대성이론은 물리학에 대한 현재 이해의 근간을 이룬다. 그러나 두 이론 사이에는 균열이 존재한다.

물리적 현상은 관찰자와 관찰자 간의 운동 관계에 의존한다. 특정 규칙은 관찰된 물체의 유형과 관찰 대상에 적용되지만, 이런 규칙은 양자 수준에서 분해되는 경향이 있다. 이 경우 원자 이하 입자는 이상한 방식으로 작동한다.

국제 연구팀은 고전 물리학과 양자 물리학 사이의 이러한 명백한 균열을 설명할 수있는 통합 프레임 워크를 개발했다. 미시우스(Micius)라는 양자 위성을 사용해 이를 테스트했다.

연구팀은 19일(현지시각) 과학학술지 사이언스에 한 가지 이론을 검증한 결과를 발표했다.

미시우스는 QUESS(Quantum Experiments at Space Scale)라는 중국 연구프로젝트의 일부다. 연구원들은 가벼운 실험을 통해 양자와 고전 물리학의 관계를 조사 할 수 있다. 이 연구에서 연구원들은 두 개의 얽힌 입자를 생성하고 측정하기 위해 위성을 사용했다.

중국 과학기술대 양자정보 및 양자 물리학 CAS센터 연구책임자 지안-웨이 팬(Jian-Wei Pan)논문저자는 “미시우스가 제공하는 첨단 기술 덕분에 인류 역사상 처음으로 양자 이론과 중력의 기본 물리를 테스트하는 의미있는 양자 광학 실험을 수행할 수 있었다”고 말했다.

팬의 이론과 팀은 입자가 지구의 별도 중력 영역을 통과함에 따라 입자들상호간 결풀림(decorrelate)이 발생하는지 테스트했다. 다른 중력 당김은 고전적 상대주의 처럼 행동하는 양자 상호작용을 강요할 것이다. 중력이 낮은 입자는 강한 중력의 입자보다 구속력이 덜한 입자로 움직일 것이다.

팬에 따르면 이 “이벤트 형식주의(event formalism)”는 폐쇄된 시간과 같은 곡선을 포함하는 이국적인 시공간과 일반적인 상대성이론에 따라 행동하는 일반적인 시공간 시간에 존재하는 양자장에 대한 일관된 설명을 제시하려고 시도한다.

사건 형식주의는 양자 물리학과 고전 물리학에서 행동을 표준화했다. 팬은 “우리가 편차를 관찰했다면, 사건 형식주의가 올바르다는 것을 의미하며 양자 이론과 중력이론 사이의 상호작용에 대한 이해를 실질적으로 수정해야 한다”며 “그러나 실험에서는 강력한 이벤트 형식주의를 배제했지만 테스트 할 다른 버전이 있다”고 말했다.

연구진은 입자가 중력에 대한 양자이해에 의해 예측된 상호작용에서 벗어나는 것을 보지 못했지만 약간의 유연성을 허용하는 이론 버전을 테스트 할 계획이다.

강력한 이벤트 형식주의를 배제했지만 수정된 모델은 여전히 의문의 여지가 남아있다. 이 버전을 테스트하기 위해 연구팀은 더 넓은 중력 강도를 테스트하기 위해 미시우스 보다 20 ~ 60배 더 높은 궤도에 새 위성을 발사할 계획이다.

*논문 레퍼런스

Satellite testing of a gravitationally induced quantum decoherence model
DOI: 10.1126/science.aay5820

authors include Ping Xu, Ji-Gang Ren, Hai-Lin Yong, Sheng-Kai Liao, Juan Yin, Wei-Yue Liu, Wen-Qi Cai, Xuan Han, Hui-Nan Wu, Wei-Yang Wang, Feng-Zhi Li, Meng Yang, Li Li, Nai-le Liu, Yu-Ao Chen, Chao-Yang Lu, Jingyun Fan and Cheng-Zhi Peng, all of whom are affiliated with the Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale and Department of Modern Physics at the University of Science and Technology of China and the Chinese Academy of Science Center for Excellence and Synergetic Innovation Center in Quantum Information and Quantum Physics, also at the University of Science and Technology of China. Yiqiu Ma and Yanbei Chen, both of Theoretical Astrophysics at the California Institute of Technology, Timothy C. Ralph of the Center for Quantum Computation and Communication Technology at the School of Mathematics and Physics at The University of Queensland and Feng-Li Lin of the Department of Physics of the National Taiwan Normal University also contributed.