gigantiske molekyler kan være to steder på en gang takket være kvantefysik.
det er noget, som forskere længe har kendt, er teoretisk sandt baseret på nogle få fakta: hver partikel eller gruppe af partikler i universet er også en bølge — selv store partikler, selv bakterier, selv mennesker, selv planeter og stjerner. Og bølger optager flere steder i rummet på en gang. Så enhver del af materie kan også besætte to steder på en gang. Fysikere kalder dette fænomen” kvante superposition”, og i årtier har de demonstreret det ved hjælp af små partikler.
men i de senere år har fysikere opskaleret deres eksperimenter og demonstreret kvanteoverlejring ved hjælp af større og større partikler. Nu, i et papir offentliggjort September. 23 i tidsskriftet Nature Physics har et internationalt forskergruppe fået molekyle bestående af op til 2.000 atomer til at besætte to steder på samme tid.
relateret: Hvordan Kvanteindvikling fungerer (infografik)
for at trække det af byggede forskerne en kompliceret, moderniseret version af en række berømte gamle eksperimenter, der først demonstrerede kvanteoverlejring.
forskere havde længe vidst, at lys, fyret gennem et ark med to slidser i det, ville skabe et interferensmønster eller en række lyse og mørke frynser på væggen bag arket. Men lys blev forstået som en masseløs bølge, ikke noget lavet af partikler, så det var ikke overraskende. I en række berømte eksperimenter i 1920 ‘ erne viste fysikere imidlertid, at elektroner fyret gennem tynde film eller krystaller ville opføre sig på en lignende måde og danne mønstre som lys gør på væggen bag diffraktionsmaterialet.
hvis elektroner simpelthen var partikler, og så kun kunne optage et punkt i rummet ad gangen, ville de danne to strimler, omtrent form af slidserne, på væggen bag filmen eller krystallen. Men i stedet ramte elektronerne væggen i komplekse mønstre, der tyder på, at elektronerne havde forstyrret sig selv . Det er et afslørende tegn på en bølge; på nogle steder falder bølgernes toppe sammen og skaber lysere regioner, mens på andre steder falder toppe sammen med trug, så de to annullerer hinanden og skaber et mørkt område. Fordi fysikere allerede vidste, at elektroner havde masse og bestemt var partikler, viste eksperimentet, at Stof fungerer både som individuelle partikler og som bølger.
men det er en ting at skabe et interferensmønster med elektroner. At gøre det med gigantiske molekyler er meget vanskeligere. Større molekyler har mindre let detekterede bølger, fordi mere massive genstande har kortere bølgelængder, der kan føre til næppe synlige interferensmønstre. Og disse 2.000 atompartikler har bølgelængder mindre end diameteren af et enkelt hydrogenatom, så deres interferensmønster er meget mindre dramatisk.
relateret: De 18 største uløste mysterier i fysik
for at trække dobbeltspalteeksperimentet for store ting byggede forskerne en maskine, der kunne affyre en stråle af molekyler (hulking ting kaldet “oligo-tetraphenylporphyriner beriget med fluoralkylsulfanylkæder”, nogle mere end 25.000 gange massen af et simpelt hydrogenatom) gennem en række riste og plader med flere slidser. Strålen var omkring 6,5 fod (2 meter) lang. Det er stort nok, at forskerne måtte redegøre for faktorer som tyngdekraften og Jordens rotation i udformningen af stråleemitteren, skrev forskerne i papiret. De holdt også molekylerne ret varme til et kvantefysikeksperiment, så de måtte redegøre for varme, der skød partiklerne.
men stadig, da forskerne tændte maskinen, afslørede detektorerne i den fjerne ende af strålen et interferensmønster. Molekylerne besatte flere punkter i rummet på en gang.
det er et spændende resultat, skrev forskerne og beviste kvanteinterferens i større skalaer end nogensinde før blevet opdaget.
“den næste generation af stofbølgeeksperimenter vil skubbe massen med en størrelsesorden,” skrev forfatterne.
så endnu større demonstrationer af kvanteinterferens kommer, selvom det sandsynligvis ikke vil være muligt at skyde dig selv gennem et interferometer når som helst snart. (Først og fremmest vil vakuumet i maskinen sandsynligvis dræbe dig.) Amerikanske gigantiske væsener bliver bare nødt til at sidde et sted og se partiklerne have det sjovt.
- 18 Times kvantepartikler blæste vores sind
- Hvad er det? Dine Fysik Spørgsmål besvaret
- snoet fysik: 7 Sindblæsende Fund
oprindeligt offentliggjort på Live Science.
seneste nyheder