RW Space

Микроскопический сгусток натрия стал самым крупным объектом, который когда-либо наблюдался в виде волны, что на тысячи атомов улучшилось по сравнению с предыдущими рекордами.

Квантовая физика определяет частицы в терминах волн, что фактически означает, что вся материя существует в путанице многих возможных состояний одновременно – известных как суперпозиция – прежде чем быть измеренной.

Хотя наиболее очевидно на субатомном масштабе электроны и фотоны, все вещи, от атомов до людей и целого галактики и за их пределами существуют в суперпозициях. По крайней мере, в теории. Наблюдение этого в еще больших масштабах является сложной задачей (если не потенциально невозможной).

В новом исследовании исследователи из Венского университета в Австрии и Университета Дуйсбург-Эссен в Германии сообщают об одном из крупнейших объектов, наблюдаемых в суперпозиции. Частица имела диаметр примерно 8 нанометров и более 170 000 атомных единиц массы. Она была более массивной, чем многие белки.

Их эксперимент показывает, что даже наночастицы натрия, каждая из которых состоит из тысяч отдельных атомов, следуют правилам квантовой механики, несмотря на их относительно огромный размер.

«Интуитивно можно было бы ожидать, что такой большой кусок металла будет вести себя как классическая частица», — говорит ведущий автор Себастьян Педалино, аспирант Университета Вена.

«Тот факт, что она все еще вмешивается, показывает, что квантовая механика справедлива даже в этом масштабе и не требует альтернативных моделей».

Исследователи отправили переохлажденные частицы через интерферометр, который имел ряд дифракционных решеток, созданных ультрафиолетовыми лазерами.

После того, как первоначальная решетка направила частицы через небольшие пространства, они двинулись дальше волнами размером от 10 до 22 квадриллионных метр. Это привело их к суперпозиции возможных путей прохождения через устройство, которую исследователи смогли обнаружить с помощью другой решетки в конце линии.

Это открытие предполагает, что положения частиц не фиксируются во время ненаблюдаемой части их пути. Частицы продемонстрировали эффект «делокализации», во много раз превышающий размер любой отдельной частицы.

В более крупных масштабах материя обычно становится слишком сложной и запутанной с окружающей средой, чтобы можно было различить отдельные суперпозиции. Этот коллапс от суперпозиции к определяемой позиции, известный как квантовая декогеренция, может объяснить, почему мы не наблюдаем квантовую механику в макроскопических системах.

По теме: Ученые только что признали, что никто на самом деле не понимает квантовую физику

Тем не менее, не существует определенного ограничения размера квантовой механики, и, как показывает новое исследование, мы не так далеки от нее, как мы могли бы подумать.

Как предполагали предыдущие исследования, возможно, представлены различные возможности с помощью квантовой суперпозиции, все они одинаково действительны – и вместо того, чтобы схлопываться в единую реальность, вместо этого разветвляются, образуя множество возможностей.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.