Velikanske molekule so lahko zahvaljujoč kvantni fiziki hkrati na dveh mestih.
To je nekaj, kar znanstveniki že dolgo vedo, da teoretično drži na osnovi nekaj dejstev: Vsak delček ali skupina delcev v vesolju je tudi val - tudi veliki delci, celo bakterije, celo človeška bitja, celo planeti in zvezde. In valovi zasedajo več mest v vesolju hkrati. Tako lahko vsak kos snovi zasede tudi dve mesti hkrati. Fiziki temu pojavu pravijo "kvantna superpozicija", desetletja pa ga dokazujejo z uporabo majhnih delcev.
Toda v zadnjih letih so fiziki razširili svoje poskuse in pokazali kvantno superpozicijo z uporabo večjih in večjih delcev. Zdaj je v članku, objavljenem 23. septembra v reviji Nature Physics, mednarodna skupina raziskovalcev povzročila, da molekule z do 2.000 atomi zasedajo dve mesti hkrati.
Da bi jo odstranili, so raziskovalci zgradili zapleteno, posodobljeno različico niza starih starih eksperimentov, ki so prvič pokazali kvantno superpozicijo.
Raziskovalci so že dolgo vedeli, da bo svetloba, izstreljena skozi pločevino z dvema režama, ustvarila moten vzorec ali niz svetlih in temnih obrob na steni za rjuho. Toda svetloba je bila razumljena kot breztežni val, ne nekaj iz delcev, zato to ni bilo presenetljivo. Vendar pa so v vrsti znanih poskusov v dvajsetih letih prejšnjega stoletja fiziki pokazali, da bi se elektroni, izpuščeni skozi tanke filme ali kristale, obnašali na podoben način in tvorili vzorce, kot svetloba na steni za materialom, ki se širi.
Če bi bili elektroni preprosto delci in bi lahko hkrati zasedali le eno točko v prostoru, bi na steni za filmom ali kristalom tvorili dva traka, približno v obliki reže. Toda namesto tega so elektroni zadeli to steno v zapletenih vzorcih, ki nakazujejo, da so se elektroni vmešavali vase. To je znakovno znamenje vala; na nekaterih mestih se vrhovi valov sovpadajo, kar ustvarja svetlejša območja, na drugih mestih pa vrhovi sovpadajo s koriti, zato se oba odpovesta drug drugemu in ustvarita temno območje. Ker so fiziki že vedeli, da imajo elektroni maso in so zagotovo delci, je poskus pokazal, da snov deluje tako kot posamezni delci kot kot valovi.
Toda ena stvar je ustvariti interferenčni vzorec z elektroni. Če to počnete z velikanskimi molekulami, je veliko bolj zapleteno. Večje molekule imajo valove, ki jih je manj enostavno zaznati, ker imajo bolj masivni predmeti krajše valovne dolžine, ki lahko vodijo do komaj zaznavnih motenj. In ti delci s 2000 atomi imajo valovne dolžine manjše od premera enega samega vodikovega atoma, zato je njihov moten vzorec veliko manj dramatičen.
Za izvleček eksperimenta z dvojnimi režami na velikih stvareh so raziskovalci zgradili stroj, ki je lahko izstrelil snop molekul (lovil je stvari, imenovane "oligo-tetrafenilporfirini, obogateni s fluoroalkilsulfanilnimi verigami", kar je več kot 25.000-krat večja od mase preprostega vodikovega atoma ) skozi niz rešetk in listov z več reže. Žarek je bil dolg približno 6,5 čevljev. To je dovolj veliko, da so morali raziskovalci upoštevati dejavnike, kot sta gravitacija in vrtenje Zemlje pri načrtovanju sevalnika žarkov, so znanstveniki zapisali v prispevku. Molekule so držale tudi dokaj toplo za eksperiment kvantne fizike, zato so morale upoštevati toploto, ki se je borila z delci.
Toda kljub temu, ko so raziskovalci vklopili stroj, so detektorji na skrajnem koncu žarka razkrili vzorec motenj. Molekule so zasedale več točk v vesolju hkrati.
To je vznemirljiv rezultat, so zapisali raziskovalci, ki dokazujejo kvantno interferenco na večjih lestvicah, kot so jih kdajkoli prej odkrili.
"Naslednja generacija eksperimentov z valovanjem snovi bo potisnila maso za vrstni red," so zapisali avtorji.
Torej prihajajo še večje demonstracije kvantnih motenj, čeprav verjetno ne bo mogoče kmalu kmalu izstreliti interferometra. (Najprej bi vas vakuum v stroju verjetno ubil.) Velikanska bitja bomo šele morala sedeti na enem mestu in gledati, kako se delci zabavajo.
