Фізики побили попередні рекорди, успішно перевівши групу з 7000 атомів натрію в квантовий стан, що нагадує кота Шредінгера, наблизивши суперечливі реалії квантової механіки до повсякденних спостережень. Експеримент, детально описаний у журналі Nature 21 січня, демонструє, що дивну поведінку, яка раніше обмежувалася субатомними частинками, тепер можна спостерігати у все більших, хоча й все ще мікроскопічних системах.
Квантова суперпозиція: за межами субатомного
Прорив заснований на квантовій суперпозиції – явищі, в якому частинка існує в кількох станах одночасно, поки її не вимірюють. Ця концепція, знаменито проілюстрована уявним експериментом Шредінгера про кота в коробці (і мертвого, і живого, поки не спостерігали), давно була зрозуміла теоретично, але довести його існування за допомогою все більш макроскопічних об’єктів залишалося постійною проблемою.
Команда під керівництвом Себастьяна Педаліно з Віденського університету направила пучок наночастинок натрію через вузьку щілину. На відміну від класичних частинок, які проходили б прямо наскрізь, наночастинки демонстрували інтерференційну картину — явну ознаку того, що вони поводяться як хвилі та частинки одночасно, існуючи в кількох місцях одночасно. Цей результат розширює межі того, що раніше вважалося можливим, встановлюючи новий рекорд для найбільшого об’єкта, який спостерігали в цьому штаті.
Чому це важливо: декогеренція та квантово-класичне розділення
Основною перешкодою для спостереження суперпозиції у великих системах є декогеренція. Квантовий світ крихкий; навіть незначні взаємодії з навколишнім середовищем призводять до розпаду суперпозиції, змушуючи частинку переходити в один, певний стан. Більші об’єкти легше взаємодіють з навколишнім середовищем, що надзвичайно ускладнює стабільну суперпозицію.
Успіх цього експерименту залежить від ізоляції наночастинок натрію для мінімізації декогеренції. Робота команди є важливою, оскільки вона не лише підтверджує існування суперпозиції у більшому масштабі, але й відкриває шлях до вивчення більш складних систем, включаючи потенційно біологічні молекули, у квантових станах. Це може революціонізувати такі галузі, як біохімія та матеріалознавство, дозволяючи дослідникам вивчати їхні фундаментальні властивості абсолютно по-новому.
Довгий шлях до втручання
Педаліно згадує два роки непереконливих результатів, перш ніж він нарешті побачив картину перешкод. «Два роки я дивився на плоскі лінії», — сказав він. Прорив стався несподівано: плоска лінія на їхніх детекторах розширилася, ставши безпомилковим знаком квантової хвилі.
Команда кількісно визначила «макроскопічність» наночастинок у 15,5, що значно перевищує попередні рекорди. Це свідчить про те, що межа між квантовим і класичним світами не є фіксованою, але її можна розсунути далі за допомогою вдосконалених експериментальних методів.
“Сама квантова механіка не встановлює жодних обмежень. І це те, що ми перевіряємо”. – Себастьян Педаліно, Віденський університет
Успіх цього експерименту є поворотним моментом у розумінні фундаментальної природи реальності. Розширюючи масштаб, у якому можна спостерігати квантові явища, дослідники наближаються до розгадки однієї з найдавніших таємниць фізики. Можливість вивчати більші, складніші системи в суперпозиції обіцяє нову еру наукових відкриттів.
