量子力學與重力之間的沖突是現代物理學中最深刻的問題之一。量子力學主宰微觀世界，它極其成功地解釋了原子和亞原子粒子的行為。另一方面，重力的最好描述是愛因斯坦的廣義相對論，它將重力視為時空彎曲，能夠解釋行星運動、黑洞、以及宇宙的大尺度結構。
然而，當我們試圖將量子力學的規則套用於重力時，就會出現問題。嘗試將重力量子化會導致理論上的無限值，這些無限值無法用傳統的量子場論方法消除。這表明我們的理解還不完整，需要一個新的理論來統一量子力學和重力，這就是所謂的量子重力理論。
量子重力可能導致的一個現象是去相干。簡而言之，去相干描述了量子系統最初處於狀態疊加，但與環境相互作用後失去相幹性，最終塌縮為一個確定的狀態。這種相幹性的遺失對於解釋我們所經歷的經典世界至關重要，如果沒有它，日常生活中的物體就會表現出奇怪的量子行為，例如同時處於兩個地方。
尋找量子重力證據，以及由其引起的去相干，已經成為理論和實驗物理學中的核心目標。接下來，我們將介紹用大氣微中子從量子重力中尋找去相干的一項研究。
微中子是一種基本粒子，屬於標準模型中的一部份。它是一種電中性、質素極小的粒子，通常被認為是穩定的，幾乎不與其他物質發生相互作用，因此在宇宙中可以自由地穿過物質而不受阻礙。正是這種微弱的相互作用使它們成為宇宙的信使，它們的性質在傳播過程中幾乎保持不變，攜帶了有關其起源的資訊。
利用微中子作為量子重力探測器的關鍵在於它們具有進行微中子振蕩的能力。在傳播過程中，這些幽靈般的粒子可以改變它們的「味」——在電子微中子、緲子微中子和τ微中子之間變換。這種振蕩是純量子力學效應，取決於微中子的質素和傳播距離。
冰立方微中子天文台是一個巨大的探測器，位於南極冰蓋之下。這個立方公裏級的設施就像一個巨大的微中子望遠鏡，探測這些難以捉摸的粒子與冰相互作用時留下的微弱痕跡。透過分析微中子的味成分和到達方向，科學家可以了解它們起源和性質。
最近發表在【自然物理學】雜誌上的一項最新研究，利用冰立方數據來尋找量子重力引起的去相干訊號。研究人員專註於大氣微中子，它們宇宙射線和地球大氣層中的空氣分子碰撞產生的。這些微中子傳播的距離相對較短，約為數十到數百公裏，然後被冰立方探測到。
該實驗的核心思想是，如果量子重力存在並影響微中子傳播，它可能會導致它們在傳播過程中失去量子相幹性。這將表現為微中子振蕩模式與基於標準量子力學的預期模式的偏差。該分析側重於高能微中子，這些高能微中子傳播得更遠，為探測潛在的去相干效應提供了更靈敏的探針。
對冰立方數據的分析表明，微中子振蕩行為與理論預期沒有統計學意義上的偏差。然而，這個零結果並非一無所獲，該研究對微中子-量子重力相互作用給出了迄今為止最嚴格的實驗限制，這些限制遠遠超過了基本量子重力模型的預測。這意味著所考慮的特定模型要麽不完整，要麽量子重力效應變得顯著的能量尺度甚至比以前認為的要高。
