2000 атомов в двух местах одновременно
Исследователи проверяют квантовый принцип суперпозиции в огромных масштабах, как никогда раньше.
Они иллюстрировали делокализацию массивных молекул, содержащих 40000 нейтронов, электронов и протонов. До 2000 атомов оставались в двух местах одновременно в течение 7 миллисекунд - новый рекорд квантовой суперпозиции.
Физики десятилетиями работали над примирением классического и квантового мира. Фундаментальный принцип квантовой механики, квантовая суперпозиция, утверждает, что квантовые состояния могут быть сложены вместе (наложены) для вывода другого действительного квантового состояния.
Квантовая частица может существовать в двух местах одновременно: они могут сдвигаться между волнообразными состояниями и подобными частице состояниями. Однако, то же самое явление не было замечено в больших объектах: оно наблюдалось только в крошечных частицах, таких как электроны, фотоны и атомы.
Теперь все начало меняться. Исследователи из Венского университета и Университета Базеля в огромных масштабах протестировали квантовый принцип суперпозиции, как никогда раньше.
Этот тип сложных экспериментов показывает, что самые маленькие вещи могут быть расположены в состояниях, которые невозможны с объектами нормального размера. Значит ли это, что квантовая физика недействительна в макроскопическом масштабе?
В 1801 году британский врач Томас Янг провел эксперимент со светом, названный экспериментом с двумя щелями, продемонстрировав, что вещество и свет могут отображать свойства как классически определенных частиц, так и волн.
Это верно для нейтронов, электронов, протонов, атомов и молекул. Однако мы до сих пор не знаем, как такие необычные квантовые эффекты переходят в классический мир.
Квантовая суперпозиция более тяжелых молекул
В этом исследовании исследователи попытались ответить на этот вопрос, показав квантовую интерференцию с более тяжелыми молекулами (> 25 000 единиц атомной массы). Они пропустили через интерферометр крупные молекулы (содержащие более 40000 нейтронов, электронов и протонов).
Эти молекулы были синтезированы таким образом, что они остаются стабильными при формировании молекулярного пучка в сверхвысоком вакууме.
Чтобы убедиться, что эксперимент работает правильно, исследователи разработали специальный интерферометр под названием «Универсальный интерферометр с материальной волной с длинной базой». Это самый длинный интерферометр на сегодняшний день с базовой длиной 200 сантиметров. Это может компенсировать несколько технических проблем, включая эффект Кориолиса, который мешает чувствительным инструментам.
Результаты показали интерференцию больших молекул, содержащих 2000 атомов, то есть 2000 атомов были в двух местах одновременно. Это, безусловно, самые тяжелые объекты, которые демонстрируют материальное вмешательство.
Это исследование устанавливает границы для альтернативных теорий квантовой механики, например, как долго может сохраняться суперпозиция в тяжелой частице. В этом случае исследователи смогли поместить массивные молекулы в суперпозицию более чем на 7 миллисекунд.
До сих пор мы не обнаружили ни одного состояния, в котором объект может находиться в двух положениях одновременно. Дальнейшие исследования могут показать, насколько массивным должен быть объект, чтобы продемонстрировать квантовую суперпозицию и каковы пределы.
Чтобы найти какую-либо связь между классическим и квантовым миром, исследовательская группа планирует расширить границы. Они увеличат макроскопичность суперпозиции и массу мешающих частиц в следующих экспериментах.
Ссылка: | DOI: 10.1038 / s41567-019-0663-9 |