I lang tid troede man, at kvantemekanikens love kun gælder for små genstande som fotoner. Imidlertid har fysikere bevist, at meget store kroppe (ifølge den molekylære verdens standarder) kan overholde disse regler.
Du har sandsynligvis hørt mere end én gang om tankeeksperimentet, der engang blev formuleret af den østrigske fysiker Erwin Schrödinger - den samme med en kat, en kasse og en radioaktiv isotop. I henhold til de eksperimentelle forhold kan en kat samtidig være død og ikke død, det vil sige den er i en tilstand af en slags kvanteusikkerhed - "superposition". Nå, forskerne lagde ikke katte i kasser, de kørte bare det samme eksperiment med et kæmpe molekyle på 2.000 atomer.
Kvantesuperposition er blevet testet utallige gange på små systemer, og fysikere har med succes vist, at individuelle partikler kan være to steder på samme tid. Men i lignende skala er denne form for eksperiment aldrig blevet udført før.
Dette eksperiment giver forskere mulighed for at forfine hypoteserne om kvantemekanik og bedre forstå, hvordan denne mystiske gren af fysik faktisk fungerer - såvel som hvordan kvantemekanikkens love kombineres med de mere traditionelle, større skalaer i klassisk fysik. "Vores resultater viser fremragende overensstemmelse med kvanteteori og kan ikke forklares med hensyn til klassisk fysik," argumenterer forskerne i deres artikel.
Især inkluderer den nye forskning Schrödinger-ligningen, der beskriver, hvordan selv individuelle partikler kan opføre sig som bølger og vises flere steder på samme tid. Den nemmeste måde at beskrive deres interaktion er som krusninger i en dam, som du kastede flere sten på én gang.
For at bevise deres hypotese oprettede forskerne et eksperiment med to spalter - en oplevelse, der er velkendt for kvantefysikere. Det består normalt af at projicere individuelle lyspartikler (fotoner) gennem to spalter. Hvis fotonerne bare virkede som partikler, ville den resulterende projektion af lys til den anden side kun vise en stribe. Men i virkeligheden viser lyset, der projiceres på den anden side, et interferensmønster - mange bånd, der interagerer som bølger. Som du kan se, kræver bevis ikke engang supersensitiv hardware.
Eksperimentskema.
Det ser ud til, at fotonerne er to steder på samme tid, ligesom Schrödingers kat. Men som mange mennesker ved, er en kat i to stater, indtil den har en ekstern observatør. Når kassen åbnes, bliver kattenes tilstand sikker - den er enten i live eller død.
Salgsfremmende video:
Det er det samme med fotoner. Så snart lyset måles eller observeres direkte af en person, forsvinder superpositionen, og fotonens tilstand er fast. Dette er et af de største mysterier i hjertet af al kvantemekanik.
Forskerne gentog eksperimentet med to spalter, men i stedet for at bruge fotoner brugte de elektroner, atomer og små molekyler. Men nu har fysikere vist, at enorme molekyler overholder de samme regler! Holdet brugte enorme samlinger af atomer, der bestod af 2.000 "dele" til at skabe kvanteinterferensmønstre, som om de opførte sig som bølger og var på mere end et sted på samme tid.
Disse kolossale molekyler er kendt som "oligoteraphenylporphyriner beriget med fluoralkylsulfanylkæder", og nogle af dem var 25.000 gange massen af hydrogenatomer. Men når molekylerne vokser i størrelse, bliver de også mindre stabile, og derfor har forskere kun været i stand til at forstyrre dem i syv millisekunder ad gangen ved hjælp af et nyudviklet udstyr - et interferometer for bølgefasten. Selv faktorer som jordens rotation og atomernes tyngdekraftsattraktion måtte tages med i betragtning. Arbejdet var det værd.
Vi ved nu, at kvantemekanikens regler ikke kun gælder for små genstande som fotoner, men også for meget større kroppe. Den forrige rekord var et molekyle med kun 800 atomer - man antog, at dette er grænsen, hvorefter lovene i kvantefysikken begynder at fungere. Men dette er ikke slutningen: holdet er overbevist om, at meget snart det vil være i stand til at sætte en ny rekord.
Vasily Makarov
