愛因斯坦的廣義相對論解釋說，重力是由空間和時間方向的曲率引起的。我們最熟悉的萬有引力就是地球引力，它讓我們站在地面上，也解釋了為什麼球會掉到地上，人踩在天平上會有重量。另一方面，在高能物理領域，科學家研究的是微小的看不見的物體，這些物體遵守量子力學定律，其特徵是隨機波動，造成電子、質子和中子等粒子的位置和能量的不確定性。

南極星空下的冰立方實驗室。圖片來源：馬丁-沃爾夫，冰立方/NSF

要解釋物質和光在亞原子尺度上的行為，就必須理解量子力學的隨機性。

幾十年來，科學家一直試圖將這兩個研究領域結合起來，實現引力的量子描述。這將結合與廣義相對論相關的曲率物理學和與量子力學相關的神秘隨機波動。

美國德州大學阿靈頓分校的物理學家在《自然-物理》雜誌上發表了一項新研究報告，他們利用設置在南極冰川深處的粒子探測器探測到的超高能量中微子粒子，對這兩種理論之間的介面進行了深入的新探索。

DOM 降入陣列，開始擷取資料。資料來源：馬克-克拉斯伯格，冰立方/NSF

物理學副教授本傑明-瓊斯（Benjamin Jones）說：”將量子力學與引力理論統一起來的挑戰仍然是物理學中最緊迫的未決問題之一。如果引力場的行為方式與自然界中的其他場類似，那麼它的曲率就應該表現出隨機量子波動。

瓊斯和UTA研究生阿克希瑪-內吉（Akshima Negi）、格蘭特-帕克（Grant Parker）是冰立方國際合作團隊的成員，該團隊包括來自美國各地以及澳大利亞、比利時、加拿大、丹麥、德國、義大利、日本、紐西蘭、韓國、瑞典、瑞士、台灣和英國的300多位科學家。

德州大學阿靈頓分校物理學副教授本傑明瓊斯。圖片來源：德州大學阿靈頓分校

為了尋找量子引力的特徵，研究小組在南極洲南極附近一平方公里的範圍內放置了數千個感測器用於監測中微子，中微子是一種電荷中性、沒有質量的不尋常但卻非常豐富的亞原子粒子。研究小組對30 多萬個中微子進行了研究。他們想看看這些超高能量粒子在地球上長途旅行時，是否會受到時空中隨機量子波動的干擾，如果重力是量子力學的，那麼這種波動是意料之中的。

內吉說：”我們透過研究冰立方天文台探測到的中微子的味道來尋找這些波動。我們工作的結果是，測量結果比以前的測量結果靈敏得多（對某些模型而言，靈敏度超過一百萬倍），但卻沒有發現預期的量子引力效應的證據。

沒有觀測到時空的量子幾何，這有力地說明了在量子物理學和廣義相對論交界處運行的仍然未知的物理學。

瓊斯說：「這項分析是UTA近十年來為冰立方天文台所做貢獻的最後一章。我的小組現在正在進行新的實驗，旨在利用原子、分子和光學物理技術來了解中微子質量的起源和價值。

編譯來源：ScitechDaily