Molecole giganti possono essere in due posti contemporaneamente, grazie alla fisica quantistica.
Questo è qualcosa che gli scienziati sanno da tempo è teoricamente vero sulla base di alcuni fatti: ogni particella o gruppo di particelle nell’universo è anche un’onda — anche particelle grandi, persino batteri, persino esseri umani, persino pianeti e stelle. E le onde occupano più posti nello spazio contemporaneamente. Quindi qualsiasi pezzo di materia può anche occupare due posti contemporaneamente. I fisici chiamano questo fenomeno “sovrapposizione quantistica” e per decenni lo hanno dimostrato usando piccole particelle.
Ma negli ultimi anni, i fisici hanno scalato i loro esperimenti, dimostrando sovrapposizione quantistica utilizzando particelle sempre più grandi. Adesso, in un documento pubblicato settembre. 23 sulla rivista Nature Physics, un team internazionale di ricercatori ha causato molecola composta da fino a 2.000 atomi di occupare due posti allo stesso tempo.
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Per tirarlo fuori, i ricercatori hanno costruito una versione complicata e modernizzata di una serie di famosi vecchi esperimenti che per primi hanno dimostrato la sovrapposizione quantistica.
I ricercatori sapevano da tempo che la luce, sparata attraverso un foglio con due fessure al suo interno, avrebbe creato un modello di interferenza, o una serie di frange chiare e scure, sul muro dietro il foglio. Ma la luce era intesa come un’onda senza massa, non qualcosa fatta di particelle, quindi questo non era sorprendente. Tuttavia, in una serie di famosi esperimenti nel 1920, i fisici hanno dimostrato che gli elettroni sparati attraverso film sottili o cristalli si comporterebbero in modo simile, formando modelli come la luce fa sulla parete dietro il materiale diffrattante.
Se gli elettroni fossero semplicemente particelle, e quindi potessero occupare solo un punto nello spazio alla volta, formerebbero due strisce, approssimativamente la forma delle fessure, sulla parete dietro il film o il cristallo. Ma invece, gli elettroni hanno colpito quel muro in schemi complessi che suggeriscono che gli elettroni avevano interferito con se stessi . Questo è un segno rivelatore di un’onda; in alcuni punti, i picchi delle onde coincidono, creando regioni più luminose, mentre in altri punti, i picchi coincidono con le depressioni, quindi i due si annullano a vicenda e creano una regione scura. Poiché i fisici sapevano già che gli elettroni avevano massa ed erano sicuramente particelle, l’esperimento ha dimostrato che la materia agisce sia come singole particelle che come onde.
Ma una cosa è creare uno schema di interferenza con gli elettroni. Farlo con molecole giganti è molto più complicato. Le molecole più grandi hanno onde meno facilmente rilevabili, perché oggetti più massicci hanno lunghezze d’onda più corte che possono portare a modelli di interferenza appena percepibili. E queste particelle da 2.000 atomi hanno lunghezze d’onda inferiori al diametro di un singolo atomo di idrogeno, quindi il loro schema di interferenza è molto meno drammatico.
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Per tirare fuori la doppia fessura di sperimentare le cose in grande, i ricercatori hanno costruito una macchina che poteva sparare un fascio di molecole (hulking cose chiamate “oligo-tetraphenylporphyrins arricchito con fluoroalkylsulfanyl catene,” un po ‘ più di 25.000 volte la massa di un semplice atomo di idrogeno) attraverso una serie di griglie e fogli recanti più di feritoie. Il raggio era lungo circa 6,5 piedi (2 metri). Questo è abbastanza grande che i ricercatori hanno dovuto tenere conto di fattori come la gravità e la rotazione della Terra nella progettazione dell’emettitore di raggi, gli scienziati hanno scritto nel documento. Hanno anche mantenuto le molecole abbastanza calde per un esperimento di fisica quantistica, quindi hanno dovuto tenere conto del calore che spintonava le particelle.
Ma ancora, quando i ricercatori hanno acceso la macchina, i rivelatori all’estremità del raggio hanno rivelato un modello di interferenza. Le molecole occupavano più punti nello spazio contemporaneamente.
È un risultato eccitante, hanno scritto i ricercatori, dimostrando l’interferenza quantistica a scale più grandi di quanto non fosse mai stata rilevata prima.
“La prossima generazione di esperimenti sulle onde della materia spingerà la massa di un ordine di grandezza”, hanno scritto gli autori.
Quindi, ancora più grandi dimostrazioni di interferenza quantistica stanno arrivando, anche se probabilmente non sarà possibile sparare da soli attraverso un interferometro in qualunque momento presto. (Prima di tutto, il vuoto nella macchina probabilmente ti ucciderebbe.) Noi esseri giganti stanno solo andando ad avere per sedersi in un posto e guardare le particelle hanno tutto il divertimento.
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Originariamente pubblicato su Live Science.
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