Pikka aega usuti, et kvantmehaanika seadused kehtivad ainult pisikestele objektidele nagu footonid. Füüsikud on aga tõestanud, et väga suured kehad (vastavalt molekulaarse maailma standarditele) võivad neid reegleid järgida.
Arvatavasti olete juba mitu korda kuulnud mõttekatsest, mille sõnastas Austria füüsik Erwin Schrödinger - kassi, kasti ja radioaktiivse isotoobiga. Katsetingimuste kohaselt võib kass olla üheaegselt surnud ja mitte surnud, see tähendab, et ta on mingisuguses kvantmääramatuses - "superpositsioonis". Noh, teadlased ei pannud kasse kastidesse, nad lihtsalt viisid läbi sama katse tohutu 2000 aatomiga molekuliga.
Kvant superpositsiooni on väikestes süsteemides katsetatud lugematu arv kordi ja füüsikud on edukalt näidanud, et üksikud osakesed võivad olla kahes kohas korraga. Kuid sarnasel skaalal pole sellist katset kunagi varem tehtud.
See eksperiment võimaldab teadlastel täpsustada kvantmehaanika hüpoteese ja mõista paremini, kuidas see salapärane füüsikaharu tegelikult töötab - samuti kuidas kvantmehaanika seadused kombineeruvad klassikalise füüsika tavapäraste suurema ulatusega seadustega. "Meie tulemused näitavad suurepärast kooskõla kvantteooriaga ja neid ei saa seletada klassikalise füüsikaga," väidavad teadlased oma töös.
Eelkõige hõlmab uus uurimistöö Schrödingeri võrrandit, mis kirjeldab, kuidas isegi üksikud osakesed võivad käituda lainetena ja esineda mitmes kohas korraga. Lihtsaim viis kirjeldada nende koostoimimist on nagu tiigis lepavärinad, millesse viskasite mitu kivi korraga.
Oma hüpoteesi tõestamiseks asutasid teadlased katse kahe piluga - see on kvantfüüsikutele hästi teada kogemus. See koosneb tavaliselt üksikute valguse osakeste (footonite) projitseerimisest läbi kahe pilu. Kui footonid toimiksid just nagu osakesed, siis sellest tulenev valguse projektsioon teisele poole näitaks ainult ühte triipu. Kuid tegelikkuses näitab teiselt poolt projitseeritav valgus häirete mustrit - palju sagedusalasid, mis interakteeruvad nagu lained. Nagu näete, ei vaja tõestamine isegi ülitundlikku riistvara.
Katse skeem.
Meile tundub, et footonid asuvad kahes kohas korraga, nagu Schrödingeri kass. Kuid nagu paljud inimesed teavad, on kass kahes olekus, kuni tal on väline vaatleja. Kui kasti avatakse, saab kassi seisund kindel - ta on kas elus või surnud.
Reklaamvideo:
Sama on footonitega. Niipea kui inimene on valgust mõõtnud või vahetult vaadanud, kaob superpositsioon ja fotooni olek fikseeritakse. See on kogu kvantmehaanika keskmes üks peamisi saladusi.
Teadlased kordasid katset kahe piluga, kuid footonite asemel kasutasid nad elektrone, aatomeid ja väikeseid molekule. Kuid nüüd on füüsikud näidanud, et tohutud molekulid järgivad samu reegleid! Meeskond kasutas tohutuid aatomite komplekte, mis koosnesid 2000 "osast", et luua kvanthäireid, nagu käituksid nad nagu lained ja asuksid korraga rohkem kui ühes kohas.
Neid kolossaalseid molekule tuntakse kui "fluoroalküülsulfanüülahelatega rikastatud oligoterofenüülporfüriine" ja mõned neist olid vesinikuaatomite massist 25 000-kordsed. Kuid molekulide suuruse kasvades muutuvad nad ka vähem stabiilseks, mistõttu on teadlased suutnud neid segada ainult seitse millisekundit korraga, kasutades selleks hiljuti väljatöötatud seadet - laineainete interferomeetrit. Isegi selliseid tegureid nagu Maa pöörlemine ja aatomite endi gravitatsiooniline külgetõmme tuli arvestada. Noh, töö oli seda väärt.
Nüüd teame, et kvantmehaanika reeglid kehtivad mitte ainult pisikeste objektide, näiteks footonite, vaid ka palju suuremate kehade kohta. Eelmine rekord oli vaid 800 aatomiga molekul - usuti, et see on piir, mille järel kvantfüüsika seaduste asemel hakkavad tegutsema klassikalise füüsika seadused. Kuid see pole veel lõpp: meeskond on kindel, et väga kiiresti suudab ta uue rekordi püstitada.
Vassili Makarov
