Eine fallende Quantenwelle folgt Einsteins „glücklichstem Gedanken“
Am 2. September 2026 stellte ein Team in Science Advances die erste Messung der Quantenphase vor, die ein frei fallendes Objekt aufsammelt: Die eine Hälfte eines atomaren Wellenpakets durfte fallen, die andere wurde festgehalten — die Phase zwischen beiden trifft den aus dem Äquivalenzprinzip erwarteten Wert auf rund 2,5 Prozent.
Einsteins Äquivalenzprinzip — jene Einsicht, die er später den glücklichsten Gedanken seines Lebens nannte — besagt, dass ein frei fallender Beobachter Schwerkraft und Beschleunigung lokal nicht unterscheiden kann. Für große Körper ist es mit großer Genauigkeit bestätigt; in der Quantentheorie nimmt es jedoch eine eigene Form an: Die Welle eines fallenden Objekts sollte eine Phase aufsammeln, die mit der dritten Potenz der Fallzeit wächst. Diese Vorhersage geht auf Charles Galton Darwin und Earle Kennard im Jahr 1927 zurück — gemessen worden war sie nie.
Ein Team um Ron Folman an der Ben-Gurion-Universität des Negev baute gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen in Ulm und Oxford (zur Autorenliste gehören Roger Penrose, Vlatko Vedral und Wolfgang P. Schleich) ein Interferometer aus kalten Atomen, das sie Quantum Galileo Interferometer nennen. Rund 20.000 Rubidiumatome wurden in einer Magnetfalle auf einem Atomchip zu einem Bose-Einstein-Kondensat gekühlt und in eine Überlagerung zweier innerer Zustände versetzt. Das eine Wellenpaket blieb magnetisch gehalten etwa 113 Mikrometer unter der Chipoberfläche stehen; das andere wurde gegen das Feld unempfindlich gemacht und flog ballistisch — stieg und fiel allein unter der Schwerkraft und entfernte sich am Scheitel seiner Bahn um rund 7,5 Mikrometer. Nach 2,4 Millisekunden wurden beide Wege wieder zusammengeführt und ihre relative Phase aus dem Interferenzmuster abgelesen.
In 633 Messzyklen über 5,3 Stunden durchlief die Phase 13 vollständige Schwingungen über rund 80 Radiant und wich von der Vorhersage — die ohne freie Parameter auskommt — um etwa 2 Radiant ab, also um rund 2,5 Prozent. Dieselbe Phase lässt sich auf zwei ganz verschiedenen Wegen herleiten: indem man die Schwerkraft als Kraft auf die Quantenwelle behandelt, oder indem man in das fallende Bezugssystem wechselt, in dem die Schwerkraft verschwindet. Dass beide Wege denselben Wert liefern, macht die Messung zu einem Test des Äquivalenzprinzips im Quantenbereich. Die Autoren benennen die Grenzen deutlich: Das Ergebnis zeigt nicht, dass die Schwerkraft selbst quantenhaft ist, es vereinigt die beiden Theorien nicht, und es bleibt weit von den Massen und Zeiträumen entfernt, bei denen Penrose ein Versagen der Quantenmechanik erwartet.