Гигантските молекули могат да бъдат на две места наведнъж, благодарение на квантовата физика.
Това е нещо, което учените отдавна знаят, че теоретично е вярно на базата на няколко факта: Всяка частица или група частици във Вселената също е вълна - дори големи частици, дори бактерии, дори хора, дори планети и звезди. И вълните заемат няколко места в пространството наведнъж. Така че всяка част от материята може да заеме едновременно две места. Физиците наричат това явление „квантова суперпозиция“ и в продължение на десетилетия го демонстрират, използвайки малки частици.
Но през последните години физиците разширяват своите експерименти, демонстрирайки квантово суперпозиция, използвайки по-големи и по-големи частици. Сега, в статия, публикувана на 23 септември в списанието Nature Physics, международен екип от изследователи предизвика молекула, съставена от до 2000 атома, да заеме две места едновременно.
За да го изтеглят, изследователите изградиха сложна, модернизирана версия на поредица от известни стари експерименти, които първи демонстрираха квантова суперпозиция.
Изследователите отдавна знаеха, че светлината, изстреляна през лист с две прорези в него, ще създаде интерферентен модел или поредица от светли и тъмни ресни на стената зад листа. Но светлината се разбираше като безмасова вълна, а не нещо, направено от частици, така че това не беше изненадващо. Въпреки това, в поредица от известни експерименти през 20-те години на миналия век, физиците показват, че електроните, изстреляни през тънки филми или кристали, ще се държат по подобен начин, образувайки модели като светлината на стената зад дифракционния материал.
Ако електроните са просто частици и по този начин могат да заемат само една точка в пространството наведнъж, те ще образуват две ленти, приблизително във формата на процепите, на стената зад филма или кристала. Но вместо това, електроните удрят тази стена в сложни модели, предполагащи, че електроните са се намесили в себе си. Това е знаков знак за вълна; на някои петна върховете на вълните съвпадат, създавайки по-ярки региони, докато в други петове върховете съвпадат с корита, така че двете се отменят един от друг и създават тъмен регион. Тъй като физиците вече знаеха, че електроните имат маса и определено са частици, експериментът показа, че материята действа и като отделни частици, и като вълни.
Но едно е да се създаде интерферентен модел с електрони. Правенето с гигантски молекули е много по-сложно. По-големите молекули имат по-малко лесно разпознаваеми вълни, защото по-масивните обекти имат по-къси дължини на вълната, които могат да доведат до едва забележими модели на смущения. И тези частици от 2000 атома имат дължини на вълната, по-малки от диаметъра на един водороден атом, така че техният интерференционен модел е много по-малко драматичен.
За да извадят експеримента с двойни процепи за големи неща, изследователите създадоха машина, която можеше да изстреля лъч от молекули (олюлявайки неща, наречени „олиго-тетрафенилпорфирини, обогатени с флуороалкилсулфанил вериги“, малко повече от 25 000 пъти по-голяма от масата на обикновен водороден атом ) чрез серия решетки и листове, носещи множество прорези. Лъчът беше дълъг около 6,5 фута (2 метра). Това е достатъчно голямо, че изследователите трябваше да отчитат фактори като гравитацията и въртенето на Земята при проектирането на излъчвателя на лъчите, писаха учените в статията. Освен това те поддържаха молекулите доста топли за експеримент с квантова физика, така че трябваше да отчитат топлината, която се дърпаше с частиците.
Но все пак, когато изследователите включиха машината, детекторите в далечния край на лъча разкриха модел на смущения. Молекулите заемат множество точки в пространството наведнъж.
Това е вълнуващ резултат, писаха изследователите, доказвайки квантовата намеса при по-големи мащаби, отколкото преди.
"Следващото поколение експерименти с вълнови вещества ще избутат масата с порядък", написаха авторите.
И така, идват още по-големи демонстрации на квантова намеса, въпреки че вероятно няма да е възможно да се уволните през интерферометър скоро. (На първо място, вакуумът в машината вероятно би ви убил.) На нас гигантските същества просто ще трябва да седим на едно място и да гледаме как частиците се забавляват.
