研究者らは、レーザー光から作られた小さな「観覧車」を用いて極低温の原子や分子を閉じ込め回転させることを提案し、アインシュタインの相対性理論を量子スケールでテストする可能性がある。この方法は、量子特性を精密に操作できる超低温粒子における時間遅延効果を観察することを目的としている。このアプローチは以前の研究に基づき、未探索の環境で予期せぬ効果を明らかにする可能性がある。
アルベルト・アインシュタインの特殊相対性理論と一般相対性理論は、1900年代初頭に提唱され、移動または加速する時計では時間が遅延し、静止したものよりゆっくり進むことを示した。これらの効果は大型物体で観測されているが、サウジアラビアのキングサウド大学のアッシリス・レムベシスとその同僚らは、超低温原子と分子を用いて原子スケールでこれらをテストする方法を考案した。
提案は、レーザー光線で「光学的な観覧車」を作成し、粒子を円筒形状に閉じ込め回転させるものである。これは、2007年にレムベシスと同僚らが開発した、レーザーを調整して原子運動を制御する方法に基づく。超低温領域—絶対零度よりわずか数百万分の一度高い—では、量子特性と粒子の運動をレーザーと電磁場で精密に操作できる。
計算によると、窒素分子が適した候補である。内部の電子運動を内部時計の刻みとして扱うことで、研究者らは10兆分の1の頻度シフトを検知でき、回転時間遅延を明らかにできる。レーザーの焦点を調整すれば、観覧車のサイズを制御し、さまざまな回転をテスト可能だ。
英国ヘリオット・ワット大学のPatrik Öhbergは、このアイデアを称賛した：「自然界の物理現象に対する理解を検証・確認することが重要だ。予期せぬ驚きを得た時、私たちの理解を修正し、宇宙のより深い理解を得る必要がある。この研究は、機械的セットアップに比べて明確な利点を持つ相対論的システムを検証する代替手段を提案している。」
ストラスクライド大学のAidan Arnoldは、このセットアップが非現実的な高速度を必要としない点を付け加えた：「原子時計の驚異的な精度により…観覧車原子が感じる時間変化は検知可能だ。また、加速された原子が遠くへ移動しないため、この変化を測定する時間は十分にある。」
光学的な観覧車の実験は依然として稀で、量子コンテキストでの「時計仮説」を探る可能性を開く。課題には回転中の粒子加熱防止が含まれる。結果はPhysical Review Aに掲載（DOI: 10.1103/5m6c-hfqt）。