Огромни молекули могу бити на два места одједном, захваљујући квантној физици.
То је нешто што су научници одавно знали да је теоријски тачно засновано на неколико чињеница: Свака честица или група честица у свемиру је такође талас - чак и велике честице, чак и бактерије, чак и људска бића, чак и планете и звезде. И таласи заузимају више места у простору одједном. Дакле, сваки комад материје такође може заузети два места одједном. Физичари ову појаву називају „квантном суперпозицијом“, и деценијама су је демонстрирали користећи мале честице.
Али последњих година физичари су повећали своје експерименте, демонстрирајући квантну суперпозицију користећи све веће и веће честице. У раду објављеном 23. септембра у часопису Натуре Пхисицс, међународни тим истраживача проузроковао је да молекул састављен до 2.000 атома заузима два места истовремено.
Да би то извукли, истраживачи су изградили компликовану, модернизовану верзију низа познатих старих експеримената који су први показали квантну суперпозицију.
Истраживачи су дуго знали да ће светлост, испаљена кроз лим кроз које има две прорезе, створити интерференцијски узорак, или низ светлих и тамних рубова, на зиду испод листа. Али светлост је схваћена као талас без маси, а не нешто од честица, па то није било изненађујуће. Међутим, у низу познатих експеримената током 1920-их, физичари су показали да ће се електрони испалити кроз танке филмове или кристале понашати на сличан начин, формирајући обрасце попут светлости на зиду иза разливајућег материјала.
Ако би електрони били једноставно честице и тако би могли да заузму само једну тачку у простору, формирали би две траке, отприлике у облику прореза, на зиду иза филма или кристала. Али уместо тога, електрони су погодили тај зид у сложеним обрасцима који сугеришу да су се електрони мешали у себе. То је знак таласа таласа; на неким местима врхови таласа се поклапају, стварајући светлије крајеве, док се на другим местима врхови поклапају са коритима, па се њих два откажу и стварају тамну регију. Пошто су физичари већ знали да електрони имају масу и дефинитивно су честице, експеримент је показао да материја делује и као појединачне честице и као таласи.
Али једно је створити интерференцијски образац са електронима. Ако то учините са џиновским молекулама много је тежи. Већи молекули имају мање лако детектирајуће таласе, јер масивнији објекти имају краће таласне дужине које могу довести до једва приметних образаца интерференција. А ове честице од 2.000 атома имају таласне дужине мање од пречника једног атома водоника, па је њихов интерферентни образац много мање драматичан.
Да би извели експеримент са двоструким прорезом за велике ствари, истраживачи су направили машину која би могла да испали сноп молекула (хулинг ствари које се називају "олиго-тетрафенилпорфирини обогаћени ланцима флуороалкилсулфанил", нешто више од 25 000 пута масе малог једноставног водоничног атома ) кроз низ решетки и лимова који носе више прореза. Зрака је била дугачка око 2 метра. То је довољно велико да су истраживачи морали да рачунају на факторе попут гравитације и ротације Земље приликом дизајнирања емитора снопа, написали су научници у раду. Такође су задржали молекуле прилично топле за експеримент квантне физике, па су морали да воде рачуна о топлини која се борила са честицама.
Али ипак, када су истраживачи укључили машину, детектори на другом крају снопа открили су образац интерференције. Молекули су заузимали више тачака у простору одједном.
То је узбудљив резултат, написали су истраживачи, доказујући квантне интерференције на већим скалама него што је то икада раније откривено.
„Следећа генерација експеримената са таласним материјама гураће масу редом величине“, написали су аутори.
Дакле, стижу још веће демонстрације квантне сметње, мада вероватно неће бити могуће да се пуцате кроз интерферометар у скорије време. (Прво, вакуум у машини би вас вероватно убио.) Ми џиновска бића тек ћемо морати да седимо на једном месту и гледамо како се честице забављају.
