Учёные открывают границы квантовой механики: сверхположение наблюдается в группе из 7,000 атомов натрия
Недавние исследования группой физиков из Венского университета раскрыли новые горизонты квантовой механики, демонстрируя, что относительно крупная кластерная структура, состоящая из 7,000 атомов натрия, обладает свойством, известным как сверхположение. Это открытие поднимает вопросы о границах квантовых свойств и значительно увеличивает размеры объектов, способных демонстрировать квантовое поведение.
Согласно текущим представлениям о Вселенной, она делится на две основные области: классическую физику, управляющую нашими повседневными взаимодействиями, и квантовый мир, где законы классической физики перестают действовать. Одним из самых интригующих явлений в квантовом мире является суперпозиция — состояние, в котором частицы могут одновременно существовать как в виде частиц, так и в виде волн.
Это явление было теоретически описано в 1935 году австрийским физиком Эрвином Шрёдингером в рамках знаменитого мысленного эксперимента с «кошкой Шрёдингера». Согласно которому кот в закрытой коробке может одновременно быть живым и мёртвым, пока коробка не будет открыта и носитель наблюдения не проверит его состояние. Однако на макроскопическом уровне подобные парадоксы не наблюдаются, поскольку при достижении определённого размера свойства квантовой суперпозиции исчезают.
Команда учёных из Венского университета провела эксперимент с использованием интерферометрии материи и обнаружила, что кластер натриевых атомов размерами до восьми нанометров демонстрирует сверхположение. Хотя размер данного «массового наночастицы» может показаться противоречивым, учёные создали различные кластеры натрия, колеблющиеся от 5,000 до 10,000 атомов, и обнаружили, что кластер весом около 170,000 атомных единиц сохраняет квантовое суперпозиционное состояние. Это соответствовало макроскопичности μ = 15.5 — в десять раз выше, чем любое другое аналогичное испытание.
Как отметил ведущий автор исследования Себастьян Педалино, «интуитивно можно было бы ожидать, что такой крупный объект будет вести себя как классическая частица. Однако его способность к интерференции показывает, что квантовая механика применима даже на этом масштабе и не требует альтернативных моделей.»
Для получения этих результатов учёные использовали интерферометр MUlti-Scale CLuster Interference Experiment (MUSCLE), который пропускает кластеры натрия через три дифракционные решётки, состоящие из ультрафиолетовых лазерных лучей. При пересечении первого луча местоположение каждого кластера может быть предсказано с точностью до одной десятимиллионной миллиметра. Умелое сжатие кластера через это крошечное отверстие позволяет учёным измерять, сохраняет ли кластер свою «твердую» идентичность или рассекается, как волна. Если натриевая наночастица действительно ведёт себя как волна, она создаст интерференционную картину — явный признак суперпозиции.
Так, это открытие не только углубляет наше понимание квантовых явлений, но и может открыть двери для разработки более крупных наночастиц с квантовыми свойствами. Кроме того, результаты исследования могут иметь важное значение для усовершенствования существующих нанотехнологий, что будет иметь значительное влияние на множественные области, включая электронику и квантовые вычисления.
Таким образом, новое исследование подчеркивает важность дальнейших исследований в области квантовой механики и может привести к революционным технологическим достижениям в открывающейся новой эре науки.
