Fyzici překonali předchozí rekordy tím, že úspěšně umístili kolektiv 7000 atomů sodíku do kvantového stavu připomínajícího Schrödingerovu kočku, čímž přiblížili neintuitivní realitu kvantové mechaniky každodennímu pozorování. Experiment, podrobně popsaný v časopise Nature 21. ledna, ukazuje, že podivné chování dříve omezené na subatomární částice lze nyní pozorovat ve stále větších, i když stále mikroskopických systémech.
Kvantová superpozice: Za subatomární
Průlom je založen na kvantové superpozici – jevu, ve kterém částice existuje v několika stavech současně, dokud není změřena. Tento koncept, skvěle ilustrovaný Schrödingerovým myšlenkovým experimentem kočky v krabici (mrtvé i živé, dokud nebyla pozorována), byl dlouho teoreticky chápán, ale dokazování jeho existence pomocí stále makroskopičtějších objektů zůstávalo neustálou výzvou.
Tým vedený Sebastianem Pedalinem z Vídeňské univerzity nasměroval paprsek nanočástic sodíku úzkou štěrbinou. Na rozdíl od klasických částic, které by procházely přímo, nanočástice vykazovaly interferenční obrazec – jasný znak toho, že se chovaly jako vlny a částice zároveň, existující na několika místech najednou. Tento výsledek posouvá hranice toho, co se dříve považovalo za možné, a vytváří nový rekord pro největší objekt pozorovaný v tomto stavu.
Proč na tom záleží: Dekoherence a kvantově-klasická separace
Hlavní překážkou pro pozorování superpozice ve větších systémech je dekoherence. Kvantový svět je křehký; i drobné interakce s prostředím vedou ke kolapsu superpozice, což nutí částici přejít do jednoho, specifického stavu. Větší objekty rychleji interagují se svým okolím, takže stabilní superpozice je extrémně obtížná.
Úspěch tohoto experimentu závisí na izolaci sodíkových nanočástic, aby se minimalizovala dekoherence. Práce týmu je významná, protože nejen potvrzuje existenci superpozice ve větším měřítku, ale také poskytuje cestu ke studiu složitějších systémů, včetně potenciálně biologických molekul, v kvantových stavech. To by mohlo způsobit revoluci v oborech, jako je biochemie a věda o materiálech, a umožnit výzkumníkům studovat jejich základní vlastnosti zcela novými způsoby.
Dlouhá cesta k rušení
Pedalino si vzpomíná na dva roky neprůkazných výsledků, než konečně viděl interferenční vzor. “Dva roky jsem se díval na ploché čáry,” řekl. Průlom přišel nečekaně: plochá čára na jejich detektorech se rozšířila a stala se neklamným znakem kvantové vlny.
Tým kvantifikoval „makroskopičnost“ nanočástic na 15,5, což výrazně překonalo dosavadní rekordy. To naznačuje, že hranice mezi kvantovým a klasickým světem není pevná, ale lze ji posunout dále pomocí vylepšených experimentálních technik.
“Kvantová mechanika sama o sobě neklade žádná omezení. A to je to, co testujeme.” – Sebastian Pedalino, Vídeňská univerzita
Úspěch tohoto experimentu představuje zlom v pochopení základní podstaty reality. Rozšířením měřítka, ve kterém lze kvantové jevy pozorovat, se výzkumníci přibližují k vyřešení jedné z nejdelších záhad fyziky. Schopnost studovat větší, složitější systémy v superpozici slibuje novou éru vědeckých objevů.
