Dolgo je veljalo, da zakoni kvantne mehanike veljajo le za drobne predmete, kot so fotoni. Vendar so fiziki dokazali, da lahko zelo velika telesa (po merilih molekularnega sveta) upoštevajo ta pravila.
Verjetno ste že večkrat slišali za miselni eksperiment, ki ga je oblikoval avstrijski fizik Erwin Schrödinger - tisti z mačko, škatlo in radioaktivni izotop. Po eksperimentalnih pogojih je mačka lahko hkrati mrtva in ni mrtva, torej je v nekakšni kvantni negotovosti - "superpoziciji". No, znanstveniki niso dali mačk v škatle, pravkar so izvedli isti poskus z ogromno molekulo 2000 atomov.
Kvantna superpozicija je bila neštetokrat preizkušena na majhnih sistemih in fiziki so uspešno pokazali, da so posamezni delci lahko hkrati na dveh mestih. Toda v podobnem merilu se tovrstni poskusi še nikoli niso izvajali.
Ta poskus omogoča raziskovalcem, da natančneje določijo hipoteze kvantne mehanike in bolje razumejo, kako ta skrivnostna veja fizike dejansko deluje - pa tudi, kako se zakoni kvantne mehanike kombinirajo s tradicionalnejšimi, večjimi zakoni klasične fizike. "Naši rezultati kažejo odličen sklad s kvantno teorijo in ga ni mogoče razložiti v smislu klasične fizike," trdijo raziskovalci v svojem prispevku.
Nova raziskava zlasti vključuje Schrödingerjevo enačbo, ki opisuje, kako se lahko tudi posamezni delci obnašajo kot valovi in se pojavijo na več mestih hkrati. Najlažje opišete njihovo interakcijo, kot da so valovi v ribniku, v katerega ste vrgli več kamnov hkrati.
Da bi dokazali svojo hipotezo, so znanstveniki postavili poskus z dvema režoma - izkušnjo, ki jo dobro poznajo kvantni fiziki. Običajno je sestavljen iz projiciranja posameznih delcev svetlobe (fotonov) skozi dve reži. Če bi fotoni le delovali kot delci, bi nastala projekcija svetlobe na drugo stran pokazala le en trak. Toda v resnici svetloba, projicirana na drugi strani, prikazuje vzorec motenj - veliko pasov, ki se medsebojno obnašajo kot valovi. Kot vidite, za dokazovanje sploh ni potrebna zelo občutljiva strojna oprema.
Shema eksperimentov.
Zdi se nam, da so fotoni na dveh mestih hkrati, kot mačka Schrödinger. Ampak, kot mnogi vedo, je mačka v dveh stanjih, dokler nima zunanjega opazovalca. Ko se škatla odpre, postane stanje mačke gotovo - ali je živa ali mrtva.
Promocijski video:
Enako je s fotoni. Takoj, ko človek izmeri ali opazuje svetlobo, superpozicija izgine in stanje fotona se določi. To je ena glavnih skrivnosti v središču vse kvantne mehanike.
Raziskovalci so poskus ponovili z dvema režama, vendar so namesto fotonov uporabili elektrone, atome in majhne molekule. Toda zdaj so fiziki dokazali, da ogromne molekule upoštevajo enaka pravila! Skupina je uporabila ogromne sklope atomov, sestavljenih iz 2.000 "delov", da so ustvarili kvantne vzorce motenj, kot da se obnašajo kot valovi in so na več kot enem mestu hkrati.
Te kolosalne molekule so znane kot "oligotetrafenilporfirini, obogateni s fluoroalkilsulfanilnimi verigami", nekateri pa so bili 25.000-kratni od mase vodikovih atomov. Ker pa se molekule povečujejo, postanejo tudi manj stabilne, zato so znanstveniki lahko z njimi vmešali le sedem milisekund hkrati, ko so uporabili na novo razvit kos opreme - interferometer z valovno snovjo. Upoštevati je treba celo dejavnike, kot so vrtenje Zemlje in gravitacijsko privlačnost atomov. No, delo se je splačalo.
Zdaj vemo, da pravila kvantne mehanike ne veljajo le za drobne predmete, kot so fotoni, temveč tudi za veliko večja telesa. Prejšnji zapis je bil molekula s samo 800 atomi - veljalo je, da je to meja, po kateri namesto zakonov kvantne fizike začnejo delovati zakoni klasične fizike. A to še ni konec: ekipa je prepričana, da bo že zelo kmalu lahko postavila nov rekord.
Vasilij Makarov