Under en lång tid trodde man att kvantmekanikens lagar endast gäller små saker som fotoner. Emellertid har fysiker bevisat att mycket stora kroppar (enligt molekylvärldens standarder) kan följa dessa regler.
Du har förmodligen hört mer än en gång om tankeexperimentet, som formulerades av den österrikiska fysikern Erwin Schrödinger - den med en katt, en låda och en radioaktiv isotop. Enligt de experimentella förhållandena kan en katt samtidigt vara död och inte död, det vill säga den är i ett tillstånd av ett slags kvantosäkerhet - "superposition". Tja, forskarna har inte lagt katter i lådor, de körde bara samma experiment med en enorm molekyl med 2 000 atomer.
Kvantesuperposition har testats otaliga gånger på små system, och fysiker har framgångsrikt visat att enskilda partiklar kan finnas på två platser samtidigt. Men i liknande skala har den här typen av experiment aldrig gjorts tidigare.
Detta experiment gör det möjligt för forskare att förfina hypoteserna om kvantmekanik och bättre förstå hur denna mystiska gren av fysik faktiskt fungerar - liksom hur kvantmekanikens lagar kombineras med de mer traditionella, större skalorna i klassisk fysik. "Våra resultat visar utmärkt överensstämmelse med kvantteorin och kan inte förklaras i termer av klassisk fysik," hävdar forskarna i sin artikel.
I synnerhet inkluderar den nya forskningen Schrödinger-ekvationen, som beskriver hur till och med enskilda partiklar kan uppträda som vågor och visas på flera platser samtidigt. Det enklaste sättet att beskriva deras interaktion är som krusningar i ett damm där du kastade flera stenar samtidigt.
För att bevisa sin hypotes inrättade forskarna ett experiment med två slitsar - en erfarenhet som är välkänd för kvantefysiker. Det består vanligtvis av att projicera enskilda ljuspartiklar (fotoner) genom två slitsar. Om fotonerna bara fungerade som partiklar skulle den resulterande projiceringen av ljus till den andra sidan bara visa en remsa. Men i verkligheten visar ljuset som projiceras på andra sidan ett interferensmönster - många band som interagerar som vågor. Som du kan se kräver bevis inte ens superkänslig hårdvara.
Experiment schema.
Det verkar som om fotonerna finns på två platser samtidigt, som Schrödingers katt. Men som många vet är en katt i två tillstånd tills den har en observatör utanför. När lådan öppnas blir kattens tillstånd säkert - det är antingen levande eller dött.
Kampanjvideo:
Det är samma sak med fotoner. Så snart ljuset mäts eller observeras direkt av en person, försvinner superpositionen och fotonets tillstånd fixeras. Detta är ett av de viktigaste mysterierna i hjärtat av all kvantmekanik.
Forskarna upprepade experimentet med två slitsar, men istället för att använda fotoner använde de elektroner, atomer och små molekyler. Men nu har fysiker visat att enorma molekyler följer samma regler! Teamet använde enorma sammansättningar av atomer bestående av 2 000 "delar" för att skapa kvantinterferensmönster som om de uppträdde som vågor och var på mer än ett ställe samtidigt.
Dessa kolossala molekyler är kända som "oligotetrafenylporfyriner berikade i fluoroalkylsulfanylkedjor", och några av dem var 25 000 gånger massan av väteatomer. Men när molekylerna växer i storlek blir de också mindre stabila, varför forskare bara har kunnat störa dem i sju millisekunder åt gången med en nyutvecklad utrustning - en vågmaterialinterferometer. Även faktorer som jordens rotation och atomernas gravitationsattraktion måste beaktas. Tja, arbetet var värt det.
Vi vet nu att kvantmekanikens regler inte bara gäller små saker som fotoner, utan också för mycket större kroppar. Den föregående posten var en molekyl med bara 800 atomer - man trodde att detta är gränsen varefter lagarna i kvantfysiken börjar fungera. Men detta är inte slutet: laget är övertygat om att det snart kommer att kunna sätta ett nytt rekord.
Vasily Makarov
