Ogromne molekule mogu biti odjednom na dva mjesta, zahvaljujući kvantnoj fizici.
To je nešto što znanstvenici već dugo znaju da je teoretski točno utemeljeno na nekoliko činjenica: Svaka čestica ili grupa čestica u svemiru također je val - čak i velike čestice, čak i bakterije, čak i ljudska bića, čak i planete i zvijezde. I valovi zauzimaju više mjesta u prostoru odjednom. Dakle, svaki komad materije također može zauzeti dva mjesta odjednom. Fizičari taj fenomen nazivaju "kvantnom superpozicijom", a desetljećima su ga demonstrirali pomoću malih čestica.
No, posljednjih godina fizičari su povećali svoje eksperimente, demonstrirajući kvantnu superpoziciju koristeći sve veće i veće čestice. U radu objavljenom 23. rujna u časopisu Nature Physics, međunarodni tim istraživača prouzrokovao je da molekula sastavljena do 2.000 atoma zauzima dva mjesta istovremeno.
Da bi to riješili, istraživači su izgradili kompliciranu, moderniziranu verziju niza poznatih starih eksperimenata koji su prvi pokazali kvantnu superpoziciju.
Istraživači su dugo znali da će svjetlost, propuštena kroz plahtu s dva proreza u sebi, stvoriti interferencijski uzorak, odnosno niz svijetlih i tamnih rubova, na zidu ispod lima. Ali svjetlost je bila shvaćena kao val bez masi, a ne nešto od čestica, pa to nije bilo iznenađujuće. Međutim, u nizu poznatih eksperimenata 1920-ih, fizičari su pokazali da će se elektroni ispaliti kroz tanke filmove ili kristale ponašati na sličan način, formirajući uzorke poput svjetlosti na zidu iza materijala koji razgrađuje.
Ako su elektroni jednostavno čestice, i tako bi mogle zauzimati samo jednu točku u prostoru, formirale bi se dvije trake, otprilike u obliku proreza, na zidu iza filma ili kristala. Ali umjesto toga, elektroni su pogodili taj zid u složenim obrascima koji sugeriraju da su se elektroni miješali u sebe. To je znak signala vala; na nekim mjestima vrhovi valova se poklapaju, stvarajući svjetlije regije, dok se na drugim mjestima vrhovi podudaraju s koritima, pa se njih dva otkazuju i stvaraju tamnu regiju. Budući da su fizičari već znali da elektroni imaju masu i da su definitivno čestice, eksperiment je pokazao da tvar djeluje i kao pojedinačne čestice i kao valovi.
Ali jedno je stvoriti interferencijski obrazac s elektronima. Ako to učinite s divovskim molekulama mnogo je zamršenije. Veće molekule imaju valove koji se manje lako otkrivaju, jer masivniji objekti imaju kraću valnu duljinu što može dovesti do jedva primjetnih obrazaca smetnji. A ove čestice od 2000 atoma imaju valne duljine manje od promjera jednog atoma vodika, pa je njihov interferencijski uzorak mnogo manje dramatičan.
Da bi izvukli eksperiment s dvostrukim prorezom za velike stvari, istraživači su izgradili stroj koji je mogao ispaliti snop molekula (huling stvari nazvane "oligo-tetrafenilporfirini obogaćeni lancima fluoroalkilsulfanil", nešto više od 25 000 puta više od mase jednostavnog vodikovog atoma ) kroz niz rešetki i limova koji nose više proreza. Zraka je bila dugačka oko 2 metra. To je dovoljno veliko da su istraživači morali oblikovati čimbenike poput gravitacije i rotacije Zemlje prilikom dizajniranja zračenja snopa, napisali su znanstvenici u radu. Oni su također održavali molekule prilično tople za eksperiment kvantne fizike, pa su morali računati na toplinu koja je upravljala česticama.
No ipak, kada su istraživači uključili stroj, detektori na drugom kraju snopa otkrili su obrazac smetnji. Molekule su zauzimale više točaka u prostoru odjednom.
To je uzbudljiv rezultat, napisali su istraživači, dokazujući kvantne interferencije na većim skalama nego što je ikada prije otkriveno.
"Sljedeća generacija pokusa valova materije će gurnuti masu redoslijedom veličine", napisali su autori.
Dakle, dolaze još veće demonstracije kvantne interferencije, iako uskoro neće biti moguće pucati kroz interferometar. (Prije svega, vakuum u stroju bi vas vjerojatno ubio.) Mi divovska bića tek ćemo morati sjediti na jednom mjestu i gledati kako se čestice zabavljaju.
