Gigantyczne cząsteczki mogą być w dwóch miejscach naraz, dzięki fizyce kwantowej.
to coś, co naukowcy od dawna wiedzą, jest teoretycznie prawdziwe w oparciu o kilka faktów: każda cząstka lub grupa cząstek we wszechświecie jest również falą – nawet duże cząstki, nawet bakterie, nawet ludzie, nawet planety i gwiazdy. A fale zajmują wiele miejsc w przestrzeni jednocześnie. Więc każdy kawałek materii może również zajmować dwa miejsca na raz. Fizycy nazywają to zjawisko „superpozycją kwantową” i od dziesięcioleci demonstrują je za pomocą małych cząstek.
ale w ostatnich latach fizycy zwiększyli swoje eksperymenty, demonstrując superpozycję kwantową przy użyciu coraz większych cząstek. W artykule opublikowanym we wrześniu 23 w czasopiśmie Nature Physics, międzynarodowy zespół naukowców spowodował, że cząsteczki składające się z maksymalnie 2000 atomów zajmują dwa miejsca w tym samym czasie.
podobne: Jak działa splątanie kwantowe (Infografika)
aby to zrobić, naukowcy zbudowali skomplikowaną, zmodernizowaną wersję serii słynnych starych eksperymentów, które po raz pierwszy wykazały superpozycję kwantową.
badacze od dawna wiedzieli, że światło, wystrzeliwane przez arkusz z dwoma szczelinami, stworzy wzór interferencji lub serię jasnych i ciemnych frędzli na ścianie za arkuszem. Ale światło było rozumiane jako fala bezmasowa, a nie coś z cząstek, więc nie było to zaskakujące. Jednak w serii słynnych eksperymentów w latach 20. fizycy wykazali, że elektrony wystrzelone przez cienkie warstwy lub kryształy zachowują się w podobny sposób, tworząc wzory jak światło na ścianie za materiałem dyfrakcyjnym.
gdyby elektrony były po prostu cząstkami, a więc mogłyby zajmować tylko jeden punkt w przestrzeni na raz, utworzyłyby dwa paski, mniej więcej w kształcie szczelin, na ścianie za filmem lub kryształem. Ale zamiast tego, elektrony uderzają w tę ścianę w skomplikowanych wzorach sugerujących, że elektrony ingerowały w siebie . To znak fali; w niektórych miejscach szczyty fal pokrywają się, tworząc jaśniejsze obszary, podczas gdy w innych miejscach szczyty pokrywają się z korytami, więc oba anulują się nawzajem i tworzą ciemny obszar. Ponieważ fizycy wiedzieli już, że elektrony mają masę i na pewno są cząstkami, eksperyment wykazał, że materia działa zarówno jako pojedyncze cząstki, jak i jako fale.
ale tworzenie wzorca interferencji z elektronami to jedno. Robienie tego z gigantycznymi cząsteczkami jest o wiele trudniejsze. Większe cząsteczki mają mniej łatwo wykrywalne fale, ponieważ bardziej masywne obiekty mają krótsze długości fal, które mogą prowadzić do ledwo dostrzegalnych wzorców interferencji. Te 2000-atomowe cząstki mają długości fal mniejsze niż Średnica pojedynczego atomu wodoru, więc ich wzór interferencji jest znacznie mniej dramatyczny.
podobne: 18 największych nierozwiązanych zagadek w fizyce
aby wykonać eksperyment z podwójną szczeliną dla wielkich rzeczy, naukowcy zbudowali maszynę, która mogła wystrzelić wiązkę cząsteczek (łuszczących się rzeczy zwanych „oligo-tetrafenyloporfirynami wzbogaconymi łańcuchami fluoroalkilosulfanylowymi”, ponad 25 000 razy masą prostego atomu wodoru) przez serię kratek I arkuszy zawierających wiele szczelin. Belka miała około 6,5 stopy (2 metry) długości. To jest na tyle duże, że naukowcy musieli wziąć pod uwagę czynniki takie jak grawitacja i obrót Ziemi przy projektowaniu emitera wiązki, naukowcy napisali w artykule. Trzymali też cząsteczki dość ciepło jak na eksperyment z fizyki kwantowej, więc musieli uwzględnić ciepło przepychające cząstki.
ale mimo to, kiedy naukowcy włączyli maszynę, detektory na drugim końcu wiązki ujawniły wzór interferencji. Cząsteczki zajmowały wiele punktów w przestrzeni naraz.
to ekscytujący wynik, napisali naukowcy, udowadniając, że wykryto zakłócenia kwantowe w większej skali niż kiedykolwiek wcześniej.
„następna generacja eksperymentów fal materii popchnie masę o rząd wielkości” -napisali autorzy.
zbliżają się więc jeszcze większe pokazy kwantowej interferencji, choć prawdopodobnie w najbliższym czasie nie będzie możliwe wystrzelenie się przez interferometr. (Po pierwsze, próżnia w maszynie prawdopodobnie by cię zabiła.) My, gigantyczne istoty, będziemy musieli siedzieć w jednym miejscu i patrzeć, jak cząsteczki bawią się całą zabawą.
- 18 czasy cząstek kwantowych Rozwaliły nasze umysły
- co to jest? Odpowiedzi na Twoje pytania z fizyki
- Twisted Physics: 7 Mind-Blowing Findings
pierwotnie opublikowane na Live Science.
najnowsze wiadomości