Die moderne Physik besteht aus zwei Pfeilern, die nicht zusammenzupassen scheinen: der Theorie der Schwerkraft von Albert Einstein und der Quantenphysik. Seit mehr als 100 Jahren jagen Fachleute einer Vereinigung dieser beiden so grundlegend verschiedenen Theorien nach. Ein Experiment bestätigt nun, dass zumindest die quantenmechanische Wellenfunktion einem zentralen Gesetz der allgemeinen Relativitätstheorie folgt, wie Fachleute um Or Dobkowski von der Ben-Gurion-Universität im Negev in der Fachzeitschrift »Science Advances« berichten.

Hierfür haben die Forschenden Rubidiumatome bis kurz über dem absoluten Nullpunkt von –273,15 Grad Celsius abgekühlt und mithilfe von Mikrowellenpulsen in einen überlagerten Quantenzustand gebracht. Dadurch konnte jedes einzelne Atom zwei verschiedene Wege zugleich zurücklegen. Während ein Teil ihrer Wellenfunktion durch ein Magnetfeld festgehalten wurde, das die Erdanziehungskraft ausglich, wurde der andere Zustand der Rubidiumatome durch einen magnetischen Puls angehoben und fallen gelassen. Am Ende des freien Falls wurden die beiden Quantenzustände wieder vereint, wodurch sich ihre Wellenfunktionen überlagerten. Das ermöglichte es den Fachleuten, die winzigen Unterschiede zwischen beiden Teilen der Wellenfunktionen im dazugehörigen Interferenzmuster aufzuspüren – und so nach Auswirkungen der Schwerkraft in den Quantenzuständen zu suchen.

Nimmt man das Äquivalenzprinzip der allgemeinen Relativitätstheorie ernst, wonach alle Körper im freien Fall gleich beschleunigt werden, lässt sich anhand der Quantenphysik eine Phasenverschiebung der frei fallenden Wellenfunktion berechnen. Obwohl Fachleute diese Verschiebung bereits vor knapp 100 Jahren vorhersagten, wurde sie niemals experimentell untersucht. Dobkowski und sein Team sind die Ersten, die diese Vorhersage getestet – und bestätigt – haben. Demnach hat das Äquivalenzprinzip also auch in der Quantenwelt seine Gültigkeit.