Физики повторили опыт Юнга в больших масштабах

Ученые создали огромную молекулу, которая может существовать в двух местах одновременно.

Группа физиков из Австрии и Швейцарии повторила опыт Юнга в больших масштабах. Ученые достигли квантовой суперпозиции молекулы, которая состоит из 2000 атомов, передает «Новое время».

В начале XIX столетия английский ученый Томас Юнг доказал, что фотоны — мельчайшие частицы света — проявляют свойства волны. Впоследствии ставший известным опыт Юнга заключался в пропускании частиц света через барьер с двумя щелями, после чего на стене за барьером образовывался так называемый интерференционный узор — изображение, которое характерно для волн, когда их пропускают сквозь те же две щели и они постепенно гасят друг друга.

Через сто с лишним лет, в 1927-м, американские физики Клинтон Дэвидсон и Лестер Джермер провели опыт Юнга с электронами — составляющими атомов и молекул, — и, оказалось, что простейшие частицы не только света, но и любой другой материи также проявляют свойства частиц и волн одновременно. Результаты этого эксперимента легли в основу корпускулярно-волнового дуализма — способности материи проявлять свойства волны или частицы в разных условиях.

Таким образом, ученые пришли к выводу, что на квантовом уровне абсолютно все, от бактерий до звезд, проявляет свойства и волны и частицы одновременно.

На днях физики из Венского университета в Австрии и Базельского университета в Швейцарии опубликовали исследование, согласно которому у них удалось повторить опыт Юнга с рекордной по величине молекулой, которая состоит из 2000 атомов. Молекула называется «олиготетрафенилпорфирин, обогащенный фторалкилсульфанильными цепями».

Ученые смогли достичь квантовой суперпозиции (нахождение объекта в двух состояниях одновременно) за счет создания интерферометра, который, как и в опыте Юнга, выстреливает потоком таких молекул через барьер с несколькими щелями.

Проблема в том, что наблюдать волновой эффект у такой большой молекулы гораздо сложнее, поскольку чем тяжелее объект — тем короче волны он имеет для образования интерференционного узора. А состоящая из 2000 атомов «подопытная» молекула весила в 25 тыс. раз больше одного атома водорода.

Поэтому, ученым нужно было учитывать все факторы, включая гравитационное воздействие Земли, при создании луча и достижения квантовой суперпозиции для такой огромной (по меркам квантового мира) молекулы.

В итоге детекторы засекли интерференционный узор и эксперимент доказал, что квантовые свойства материи могут проявляться даже в таком относительно большом масштабе.

«Наши результаты показывают отличное согласование с квантовой теорией и не могут быть объяснены классической физикой. Границы интерференции достигают более 90% ожидаемой видимости, и конечное значение макроскопичности 14,1 представляет увеличение на порядок по сравнению с предыдущими экспериментами», — пишут авторы исследования.