Jättiläiset molekyylit voivat olla kahdessa paikassa kerralla kvanttifysiikan ansiosta.
Se on jotain, mitä tutkijat ovat jo kauan tiedneet, on teoreettisesti totta perustuen muutamiin tosiasioihin: Jokainen maailmankaikkeuden hiukkas tai hiukkasryhmä on myös aalto - jopa suuret hiukkaset, jopa bakteerit, jopa ihmiset, jopa planeetat ja tähdet. Ja aallot miehittävät useita paikkoja avaruudessa kerralla. Joten mikä tahansa aineosa voi myös olla kahdessa paikassa kerralla. Fyysikot kutsuvat tätä ilmiötä "kvantti superpositioksi", ja he ovat vuosikymmenien ajan osoittaneet sen käyttämällä pieniä hiukkasia.
Mutta viime vuosina fyysikot ovat laajentaneet kokeilujaan osoittaen kvanttisen superpositiikan käyttämällä suurempia ja suurempia hiukkasia. Nyt Nature Physics -lehdessä 23. syyskuuta julkaistussa lehdessä kansainvälinen tutkijaryhmä on saanut 2000 atomista koostuvan molekyylin miehittämään kaksi paikkaa samanaikaisesti.
Vedäkseen se pois, tutkijat rakensivat monimutkaisen, nykyaikaistetun version sarjasta kuuluisia vanhoja kokeita, jotka osoittivat ensin kvanttisen superpositsion.
Tutkijat olivat jo kauan tienneet, että valot, jotka päästivät levyyn, jossa oli kaksi rakoa, loisivat häiriökuvion tai sarjan vaaleita ja tummia reunoja arkin takana olevaan seinämään. Mutta valoa ymmärrettiin massattomana aallona, ei hiukkasista tehdynä, joten tämä ei ollut yllättävää. Kuitenkin sarjassa kuuluisia 1920-luvun kokeita, fyysikot osoittivat, että ohutkalvojen tai kiteiden läpi potkut elektronit käyttäytyvät samalla tavalla, muodostaen kuvioita, kuten valo tekee seinämään diffraktoivan materiaalin takana.
Jos elektronit olisivat yksinkertaisesti hiukkasia, ja siten ne voisivat varata vain yhden pisteen tilassa kerrallaan, ne muodostaisivat kaksi nauhaa, karkeasti rakojen muodon, kalvon tai kiteen takana olevaan seinämään. Mutta sen sijaan elektronit osuivat seinään monimutkaisissa kuvioissa, mikä viittaa siihen, että elektronit olisivat häirinneet itseään. Se on varoittava merkki aallosta; joissakin pisteissä aaltojen huiput osuvat yhteen, jolloin saadaan kirkkaampia alueita, kun taas toisissa pisteissä piikit ovat samat kuin kouruissa, joten ne kumoavat toisensa ja muodostavat tumman alueen. Koska fyysikot tiesivät jo, että elektroneilla oli massa ja että ne olivat ehdottomasti hiukkasia, kokeilu osoitti, että aine toimii sekä yksittäisinä hiukkasina että aalloina.
Mutta on yksi asia luoda häiriökuvio elektronien kanssa. Sen tekeminen jättiläismolekyyleillä on paljon vaikeampaa. Suuremmilla molekyyleillä on vähemmän helposti havaittavia aaltoja, koska massiivisilla esineillä on lyhyemmät aallonpituudet, jotka voivat johtaa tuskin havaittaviin häiriökuvioihin. Ja näiden 2 000 atomin hiukkasten aallonpituudet ovat pienemmät kuin yhden vetyatomin halkaisija, joten niiden häiriökuvio on paljon vähemmän dramaattinen.
Tuplaviiluisen kokeen vetämiseksi isoista asioista tutkijat rakensivat koneen, joka voi laukaista molekyylien säteen (kovat asiat, joita kutsutaan "fluoroalkyylisulfanyyliketjuilla rikastetuiksi oligo-tetrafenyyliporfyriineiksi", joita on yli 25 000 kertaa yksinkertaisen vetyatomin massa ) läpi useita arkoja ja arkkeja, joissa on useita rakoja. Palkki oli noin 2 metriä pitkä. Se on tarpeeksi suuri, että tutkijoiden piti ottaa huomioon tekijät, kuten painovoima ja Maan kierto suunnitellessaan säteilyä säteilevää ainetta, tutkijat kirjoittivat lehdessä. He myös pitivät molekyylejä melko lämpiminä kvanttifysiikkakoetta varten, joten heidän piti ottaa huomioon hiukkasten aiheuttama lämpö.
Mutta silti, kun tutkijat kytkeivät koneen päälle, säteen kauimmassa päässä olevat ilmaisimet paljastivat häiriökuvion. Molekyylit miehittivät useita pisteitä avaruudessa kerralla.
Se on jännittävä tulos, tutkijat kirjoittivat todistaen kvanttihäiriöt suuremmissa mittakaavoissa kuin koskaan oli havaittu.
"Seuraavan sukupolven aineaallon kokeilut työntävät massaa suuruusluokalla", kirjoittajat kirjoittivat.
Joten vielä suurempia kvanttihäiriöiden demonstraatioita on tulossa, vaikka todennäköisesti ei ole mahdollista ampua itseäsi interferometrin kautta milloin tahansa pian. (Ensinnäkin koneessa oleva tyhjiö todennäköisesti tappaa sinut.) Meille jättiläisolentoille on vain pakko istua yhdessä paikassa ja katsella, kuinka hiukkasilla on kaikki hauskaa.
