Obrovské molekuly môžu byť vďaka kvantovej fyzike na dvoch miestach naraz.
Vedci to už dávno vedeli, že je teoreticky pravdivé na základe niekoľkých faktov: Každá častica alebo skupina častíc vo vesmíre je tiež vlna - dokonca veľké častice, dokonca aj baktérie, dokonca aj ľudské bytosti, dokonca aj planéty a hviezdy. Vlny zaberajú viac miest naraz. Takže každý kus hmoty môže zaberať aj dve miesta naraz. Fyzici nazývajú tento jav „kvantovou superpozíciou“ a desaťročia ho demonštrujú pomocou malých častíc.
Ale v posledných rokoch fyzici rozšírili svoje experimenty a demonštrovali kvantovú superpozíciu pomocou väčších a väčších častíc. V novinách publikovaných 23. septembra v časopise Nature Physics medzinárodný tím vedcov spôsobil, že molekula zložená z až 2 000 atómov zaberá dve miesta súčasne.
Vedci postavili komplikovanú modernizovanú verziu série slávnych starých experimentov, ktoré najprv preukázali kvantovú superpozíciu.
Vedci už dávno vedeli, že svetlo, vystreľované plachtou s dvoma štrbinami, vytvorí na stene za plachtou interferenčný vzor alebo rad svetlých a tmavých strapcov. Ale svetlo sa chápe ako vlna bez hmoty, nie niečo z častíc, takže to nebolo prekvapujúce. Avšak v sérii slávnych experimentov v dvadsiatych rokoch fyzici ukázali, že elektróny vystrelené cez tenké filmy alebo kryštály by sa správali podobným spôsobom a vytvárali vzory ako svetlo na stene za rozptyľujúcim materiálom.
Keby elektróny boli iba časticami a mohli by tak zaberať naraz len jeden bod v priestore, vytvorili by na stene za filmom alebo kryštálom dva prúžky, zhruba v tvare štrbín. Namiesto toho elektróny zasiahli túto stenu v zložitých vzorcoch, čo naznačuje, že elektróny zasahovali do seba. To je výpovedný znak vlny; v niektorých miestach sa vrcholy vĺn zhodujú, čím sa vytvárajú svetlejšie oblasti, zatiaľ čo v iných miestach sa vrcholy zhodujú so žľabmi, takže sa navzájom rušia a vytvárajú tmavú oblasť. Pretože fyzici už vedeli, že elektróny mali hmotnosť a boli určite časticami, experiment ukázal, že hmota pôsobí ako jednotlivé častice aj ako vlny.
Je však jedna vec, ako vytvoriť interferenčný vzorec s elektrónmi. Robiť to s obrovskými molekulami je omnoho zložitejšie. Väčšie molekuly majú menej ľahko detekovateľné vlny, pretože masívnejšie objekty majú kratšiu vlnovú dĺžku, čo môže viesť k sotva vnímateľným interferenčným obrazcom. A tieto častice s 2 000 atómami majú vlnové dĺžky menšie ako priemer jedného atómu vodíka, takže ich interferenčný obrazec je oveľa menej dramatický.
Vedci postavili stroj, ktorý by mohol vystreliť dvojitý štrbinový experiment pre veľké veci, ktorý by mohol vystreliť lúč molekúl (hromadí veci nazývané „oligo-tetrafenylporfyríny obohatené fluóralkylsulfanylovými reťazcami“, čo je viac ako 25 000-násobok hmotnosti jednoduchého atómu vodíka). ) cez sériu roštov a dosiek s viacerými štrbinami. Lúč mal dĺžku asi 6 metrov. To je dosť veľké, aby vedci pri navrhovaní žiariča lúčov museli brať do úvahy faktory ako gravitácia a rotácia Zeme. Tiež udržiavali molekuly dosť teplé na experiment s kvantovou fyzikou, takže museli zodpovedať za teplo, ktoré častice vrhli.
Ale napriek tomu, keď vedci zapli stroj, detektory na vzdialenom konci lúča odhalili interferenčný obrazec. Molekuly zaberali viac bodov naraz.
Vedci napísali zaujímavý výsledok, ktorý dokazuje kvantovú interferenciu vo väčších mierkach, ako tomu bolo doteraz.
„Ďalšia generácia experimentov s vlnami hmoty posunie masu podľa veľkosti,“ napísali autori.
Prichádzajú teda ešte väčšie demonštrácie kvantového rušenia, aj keď pravdepodobne nebude možné sa čoskoro vystreliť interferometrom. (V prvom rade by vás vákuum v stroji pravdepodobne zabilo.) Obrovské bytosti nás jednoducho budú musieť sedieť na jednom mieste a sledovať, ako sa častice bavia.
