Гігантські молекули можуть знаходитися відразу в двох місцях, завдяки квантовій фізиці.
Це те, що давно відомо вченим, теоретично вірно ґрунтується на кількох фактах: Кожна частинка або група частинок у Всесвіті - це також хвиля - навіть великі частинки, навіть бактерії, навіть люди, навіть планети та зірки. А хвилі займають відразу кілька місць у просторі. Тож будь-який шматок речовини також може займати відразу два місця. Фізики називають це явище «квантовою суперпозицією», і десятиліттями вони демонстрували його за допомогою дрібних частинок.
Але в останні роки фізики масштабували свої експерименти, демонструючи квантовий суперпозицію, використовуючи все більші і більші частинки. Зараз, у публікації, опублікованій 23 вересня в журналі Nature Physics, міжнародна команда дослідників показала, що молекула, що містить до 2000 атомів, займала два місця одночасно.
Щоб вирішити це, дослідники побудували складну модернізовану версію серії відомих старих експериментів, які вперше продемонстрували квантове суперпозицію.
Дослідники давно знали, що світло, випромінене простирадлом з двома щілинами в ньому, створить на стіні позаду аркуша інтерференційний малюнок або серію світлих і темних бахроми. Але світло розумілося як безмасштабна хвиля, а не щось з частинок, тому це не дивно. Однак у серії відомих експериментів 1920-х років фізики показали, що електрони, вистрілені через тонкі плівки або кристали, поводяться аналогічно, утворюючи візерунки, як світло, що відбувається на стіні за дифракційним матеріалом.
Якби електрони були просто частинками, і тому вони могли займати лише одну точку в просторі за один раз, вони утворювали б дві смуги, приблизно у формі прорізів, на стіні за плівкою або кристалом. Але натомість електрони потрапили в цю стінку складними візерунками, що дозволяє припустити, що електрони втручалися в себе. Це показовий знак хвилі; в деяких плямах вершини хвиль збігаються, створюючи яскравіші регіони, тоді як в інших плямах вершини збігаються з жолобами, тому двоє скасовують один одного і створюють темну область. Оскільки фізики вже знали, що електрони мають масу і, безумовно, є частинками, експеримент показав, що речовина діє і як окремі частинки, і як хвилі.
Але одне - створити інтерференційний малюнок з електронами. Робити це з гігантськими молекулами набагато складніше. Більші молекули мають менш легко виявлені хвилі, оскільки більш масивні об'єкти мають меншу довжину хвилі, що може призвести до ледь помітних моделей перешкод. А ці частинки 2 000 атомів мають довжину хвилі, меншу за діаметр одного атома водню, тому їх інтерференційна картина набагато менш драматична.
Щоб зняти експеримент з подвійною щілиною для великих речей, дослідники побудували машину, яка могла вистрілити пучок молекул (халупаючи речі, звані "оліго-тетрафенілпорфірини, збагачені фтороалкілсульфаніловими ланцюгами", що перевищує 25 000 разів більше маси простого атома водню ) через ряд решіток і листів, що несуть кілька прорізів. Промінь був завдовжки близько 6,5 футів. Це досить велике, що дослідникам довелося враховувати такі фактори, як гравітація та обертання Землі при проектуванні випромінювача променя, писали вчені в роботі. Вони також тримали молекули досить теплими для експерименту з квантовою фізикою, тому їм доводилося враховувати тепло, що стикається з частинками.
Але все ж, коли дослідники ввімкнули машину, детектори на дальньому кінці променя виявили схему перешкод. Молекули займали декілька точок у просторі одночасно.
Це є захоплюючим результатом, писали дослідники, доводячи квантові втручання на більших масштабах, ніж раніше.
"Наступне покоління експериментів з хвильовими речовинами підштовхне масу на порядок", - написали автори.
Тож, ще більше демонструються квантові перешкоди, хоча, швидше за все, не вдасться звільнитись через інтерферометр. (Перш за все, вакуум у машині, мабуть, уб'є вас.) Нам, гігантським істотам, просто доведеться сидіти на одному місці і спостерігати, як частинки отримують задоволення.
