Reuzemoleculen kunnen op twee plaatsen tegelijk zijn, dankzij de kwantumfysica.Dat is iets waarvan wetenschappers al lang weten dat het theoretisch waar is, gebaseerd op een paar feiten: elk deeltje of groep deeltjes in het heelal is ook een golf — zelfs grote deeltjes, zelfs bacteriën, zelfs mensen, zelfs planeten en sterren. En golven bezetten meerdere plaatsen in de ruimte tegelijk. Dus elk stuk materie kan ook twee plaatsen tegelijk innemen. Natuurkundigen noemen dit fenomeen ‘kwantumsuperpositie’, en al tientallen jaren hebben ze het gedemonstreerd met kleine deeltjes.
maar in de afgelopen jaren hebben natuurkundigen hun experimenten opgeschaald, waarbij kwantumsuperpositie werd aangetoond met behulp van steeds grotere deeltjes. Nu, in een paper gepubliceerd Sept. 23 in het tijdschrift Nature Physics heeft een internationaal team van onderzoekers ervoor gezorgd dat molecule bestaande uit maximaal 2.000 atomen op twee plaatsen tegelijk bezet is.
gerelateerd: How Quantum Entanglement Works (Infographic)
om dit voor elkaar te krijgen, bouwden de onderzoekers een gecompliceerde, gemoderniseerde versie van een reeks beroemde oude experimenten die voor het eerst kwantum superpositie demonstreerden.
onderzoekers wisten al lang dat licht, afgevuurd door een plaat met twee spleten erin, een interferentiepatroon zou creëren, of een reeks lichte en donkere franjes, op de muur achter de plaat. Maar licht werd begrepen als een massaloze golf, niet iets gemaakt van deeltjes, dus dit was niet verrassend. In een reeks van beroemde experimenten in de jaren 1920 toonden natuurkundigen echter aan dat elektronen die door dunne films of kristallen werden afgevuurd zich op een vergelijkbare manier zouden gedragen en patronen zouden vormen zoals licht dat doet op de muur achter het diffractiemateriaal.
als elektronen gewoon deeltjes waren en dus slechts één punt in de ruimte per keer konden innemen, zouden ze twee stroken vormen, ongeveer de vorm van de spleten, op de wand achter de film of het kristal. Maar in plaats daarvan raakten de elektronen die muur in complexe patronen, wat suggereert dat de elektronen zich met zichzelf hadden bemoeid . Dat is een veelzeggend teken van een golf; op sommige plekken vallen de toppen van de golven samen, waardoor helderdere gebieden ontstaan, terwijl op andere plekken de toppen samenvallen met troggen, zodat de twee elkaar opheffen en een donker gebied creëren. Omdat natuurkundigen al wisten dat elektronen massa hadden en zeker deeltjes waren, toonde het experiment aan dat materie zowel als individuele deeltjes als als golven werkt.
maar het is één ding om een interferentiepatroon met elektronen te creëren. Het doen met gigantische moleculen is een stuk lastiger. Grotere moleculen hebben minder gemakkelijk gedetecteerde golven, omdat meer massieve objecten kortere golflengten hebben die kunnen leiden tot nauwelijks waarneembare interferentiepatronen. Deze deeltjes met 2.000 atomen hebben golflengten kleiner dan de diameter van een enkel waterstofatoom, dus hun interferentiepatroon is veel minder dramatisch.
gerelateerd: De 18 grootste onopgeloste Mysteries in de fysica
om het dubbelspleetexperiment voor grote dingen uit te voeren, bouwden de onderzoekers een machine die een bundel moleculen (“oligo-tetraphenylporphyrines verrijkt met fluoroalkylsulfanyl kettingen” genoemd, iets meer dan 25.000 keer de massa van een eenvoudig waterstofatoom) kon afvuren door een reeks roosters en platen met meerdere spleten. De balk was ongeveer 6,5 voet (2 meter) lang. Dat is groot genoeg dat de onderzoekers rekening moesten houden met factoren als zwaartekracht en de rotatie van de aarde bij het ontwerpen van de straalzender, schreven de wetenschappers in de krant. Ze hielden de moleculen ook vrij warm voor een kwantumfysisch experiment, dus moesten ze rekening houden met de hitte die de deeltjes verstoorde.
maar toch, toen de onderzoekers de machine inschakelden, vertoonden de detectoren aan het uiteinde van de bundel een storingspatroon. De moleculen bezetten meerdere punten in de ruimte tegelijk.
het is een spannend resultaat, schreven de onderzoekers, dat kwantuminterferentie bewijst op grotere schaal dan ooit eerder was gedetecteerd.”The next generation of matter-wave experiments will push the mass by an order of magnitude,” schreven de auteurs.
dus, nog grotere demonstraties van kwantum interferentie komen eraan, hoewel het waarschijnlijk niet mogelijk zal zijn om jezelf te vuren door middel van een interferometer op korte termijn. (Ten eerste, het vacuüm in de machine zou je waarschijnlijk doden.) Wij gigantische wezens zullen gewoon op één plek moeten zitten en kijken hoe de deeltjes al het plezier hebben.
- 18 Times Quantum Particles blies Our Minds
- Wat is dat? Uw natuurkunde-vragen beantwoord
- Twisted Physics: 7 Mind-Blowing bevindingen
oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.
Recent nieuws