Régóta azt hitték, hogy a kvantummechanika törvényei csak olyan apró tárgyakra vonatkoznak, mint a fotonok. A fizikusok azonban bebizonyították, hogy nagyon nagy testek (a molekuláris világ szabványai szerint) képesek betartani ezeket a szabályokat.
Valószínűleg többször is hallottál az Erwin Schrödinger osztrák fizikus egykori gondozási kísérletéről - egy macskával, dobozzal és radioaktív izotóppal. A kísérleti körülmények szerint egy macska egyszerre lehet halott és nem is halott, vagyis valamiféle kvantum-bizonytalanság - "szuperpozíció" - állapotban van. Nos, a tudósok nem tettek macskákat dobozokba, csak ugyanazt a kísérletet hajtották végre egy hatalmas molekulatömegtel, amely 2000 atomot tartalmaz.
A kvantum-szuperpozíciót számtalanszor tesztelték kicsi rendszereken, és a fizikusok sikeresen bebizonyították, hogy az egyes részecskék egyszerre két helyen lehetnek. De hasonló léptékben ilyen kísérleteket nem végeztek korábban.
Ez a kísérlet lehetővé teszi a kutatók számára, hogy finomítsák a kvantummechanika hipotéziseit, és jobban megértsék, hogyan működik ez a rejtélyes fizikai ág - és hogy a kvantummechanika törvényei miként kapcsolódnak a klasszikus fizika hagyományosabb, nagyobb léptékű törvényeihez. "Eredményeink kitűnő egyetértést mutatnak a kvantumelmélettel, és nem magyarázhatók a klasszikus fizika szempontjából" - állítják a kutatók papírokban.
Különösen az új kutatás tartalmazza a Schrödinger-egyenletet, amely leírja, hogy még az egyes részecskék hogyan viselkedhetnek hullámként, és több helyen jelenhetnek meg egyszerre. A kölcsönhatás leírása a legegyszerűbb módszer, ha olyan hullámok vannak egy tóban, amelybe egyszerre több követ dobtak.
Hipotézisük igazolására a tudósok két résen kísérletet készítettek - ez a kvantumfizikusok számára jól ismert tapasztalat. Ez általában az egyes fényrészecskék (fotonok) két résen keresztüli vetítéséből áll. Ha a fotonok csak úgy viselkednének, mint a részecskék, akkor a fény kivetítése a másik oldalra csak egy csíkot mutatna. De a valóságban a másik oldalra vetített fény interferenciamintát mutat - sok olyan sáv, amelyek kölcsönhatásba lépnek, mint a hullámok. Mint láthatja, a bizonyításhoz még szuperérzékeny hardvert sem igényel.
Kísérleti rendszer.
Úgy tűnik számunkra, hogy a fotonok egyszerre két helyen vannak, mint például Schrödinger macska. De, mint sokan tudják, a macska két államban van, amíg nincs külső megfigyelője. A doboz kinyitásakor a macska állapota egyértelművé válik - életben vagy halott.
Promóciós videó:
Ugyanez van a fotonokkal. Amint a fényt közvetlenül egy személy méri vagy megfigyeli, a szuperpozíció eltűnik, és a foton állapota rögzül. Ez a kvantummechanika egyik legfontosabb rejtélye.
A kutatók két hasítással megismételték a kísérletet, de fotonok helyett elektronokat, atomokat és kis molekulákat használtak. De most a fizikusok megmutatták, hogy a hatalmas molekulák ugyanazokat a szabályokat betartják! A csapat hatalmas atomösszetételeket használt, amelyek 2000 "részből" álltak, és olyan kvantuminterferencia mintákat hoztak létre, mintha hullámokként viselkednének és egynél több helyen lennének.
Ezeket a hatalmas molekulákat "oligotetrafenil-porfirinnek nevezzük, amely dúsított fluoralkil-szulfanil-láncokban", és ezek közül néhányuk hidrogénatomok tömegének 25 000-szerese volt. Ahogy a molekulák mérete növekszik, azok is kevésbé stabilak lesznek, tehát a tudósok csak egy újabb kifejlesztett berendezés - hullámanyag-interferométer - segítségével csak egymás után hét milliszekundum alatt tudtak zavarni őket. Még azokat a tényezőket, mint a Föld forgása és az atomok gravitációs vonzása, figyelembe kellett venni. Nos, a munka megérte.
Most már tudjuk, hogy a kvantummechanika szabályai nemcsak az apró tárgyakra, például fotonokra vonatkoznak, hanem sokkal nagyobb testekre is. Az előző rekord csak 800 atomból álló molekula volt - hitték, hogy ez a határ, amely után a kvantumfizikai törvények helyett a klasszikus fizika törvényei lépnek működésbe. De ez nem a vége: a csapat bízik abban, hogy hamarosan új rekordot tud felállítani.
Vaszilij Makarov