O echipă de fizicieni de la Universitatea din Viena a reuşit să aducă în stare de superpoziţie (starea pisicii lui Schrödinger) câteva mii de atomi, doborând recordul pentru cel mai "mare obiect" observat într-o stare cuantică, transmite marţi Live Science care citează un studiu publicat la 21 ianuarie în jurnalul Nature.
În noul experiment, cercetătorii au observat nanoparticulele unui număr de 7.000 de atomi de sodiu în timp ce acţionau ca o undă coezivă, împingând lumea bizară a mecanicii cuantice spre noi frontiere. Pornind de la acest experiment, cercetări viitoare ar putea să aducă molecule biologice într-o stare cuantică, deschizând noi moduri de a le cerceta proprietăţile fizice, scrie Agerpres.
În cadrul experimentului, echipa a generat un flux de nanoparticule de sodiu şi l-au îndreptat-o spre o fantă îngustă. Rezultatul a arătat că nanoparticulele de sodiu s-au răspândit pe un ecran amplasat în spatele fantei pentru a produce un model de interferenţă, prezentând comportamentul cuantic cunoscut drept dualitate undă-particulă. Aceste nanoparticule de sodiu deţin în prezent recordul pentru "cele mai mari obiecte" care au fost observate într-o stare cuantică de superpoziţie.
"De obicei, când oamenii se gândesc la mecanica cuantică, o asociază cu lucruri mici, minuscule, poate fotoni, poate electroni", a declarat pentru Live Science autorul principal al studiului, Sebastian Pedalino, fizician la Universitatea din Viena. "Dar mecanica cuantică în sine nu stabileşte nicio limită. Şi noi testăm acest lucru".
În domeniul cuantic, particulele nu au o poziţie fixă, ci un câmp de probabilităţi cu privire la poziţia pe care o ocupă. Ele pot fi atât aici, cât şi acolo sau dincolo. Acest fenomen ciudat este cunoscut sub numele de superpoziţie cuantică.
Fizicianul Erwin Schrodinger a comparat acest lucru cu plasarea unei pisici într-o cutie sigilată cu o fiolă de otravă care urmează să fie eliberată atunci când o sursă radioactivă se dezintegrează, ceea ce înseamnă că pisica ar putea fi ucisă în orice moment după ce cutia a fost sigilată. Acest lucru pune pisica într-o superpoziţie: ea este concomitent atât moartă, cât şi vie. Numai dacă cutia este deschisă şi pisica este observată, superpoziţia se prăbuşeşte şi pisica este definită fie ca moartă, fie ca vie.
În mod incredibil, aşa se comportă particulele la scară cuantică - se află în mai multe locuri simultan şi acţionează atât ca particulă, cât şi ca undă până când sunt observate.
Această lume bizară ridică o întrebare: Unde este graniţa dintre lumea cuantică şi cea pe care o observăm zilnic? În ce moment începe o particulă să se comporte ca o undă? Motivul pentru care nu vedem superpoziţie cuantică în jurul nostru este din cauza unui proces numit decoerenţă cuantică - fenomenul care generează colapsul funcţiei de undă şi care astfel transformă lumea particulelor cuantice în lumea solidă pe care o vedem şi o atingem. Dacă un obiect aflat într-o superpoziţie cuantică interacţionează cu mediul său, va trece prin procesul de decoerenţă cuantică, iar poziţia sa iese de pe tărâmul cuantic al probabilităţilor iar obiectul va apărea forţat într-un singur loc. Obiectele mai mari interacţionează constant cu mediul lor, deci nu pot menţine o superpoziţie cuantică. Aşadar, adevărata provocare atunci când încerci să observi particule mai mari care acţionează ca o undă este de a le izola, astfel încât să poată rămâne într-o superpoziţie cuantică coerentă.
Pentru noul studiu, Sebastian Pedalino a încercat să observe nanoparticulele mari de sodiu într-o superpoziţie cuantică. Pentru a face acest lucru, el şi echipa sa au convertit câteva grame de sodiu într-un fascicul de nanoparticule, pe care apoi l-a îndreptat către o fantă îngustă.
Dacă nanoparticula de sodiu este într-o stare de superpoziţie cuantică, aceasta înseamnă că s-ar răspândi ca o undă după ce a trecut prin fantă. Aceasta ar produce apoi un model de interferenţă. Totuşi, dacă ar suferi o decoerenţă cuantică şi ar începe să se comporte ca o particulă normală, sodiul ar trece direct prin fantă, iar echipa ar vedea o linie plată.
"Timp de doi ani, m-am uitat la linii plate", a spus Pedalino. "Încercam să vedem modelul de interferenţă, dar am avut linii plate. Şi, în final, linia plată nu este cu adevărat utilă, deoarece este neconcludentă".
În cele din urmă, linia unică pe care o vedeau pe detector s-a lărgit şi a devenit modelul de interferenţă inconfundabil care însemna că nanoparticulele de sodiu se comportau atât ca particule, cât şi ca unde.
"Acel moment a fost incredibil", a spus Pedalino. "Era deja târziu în noapte şi l-am sunat pe profesorul meu. Şi s-a întors la laborator şi am făcut măsurători până la ora 3 dimineaţa, când am rămas fără sodiu".
Echipa a stabilit că "macroscopicitatea" nanoparticulelor de sodiu - o cantitate care descrie cât de mult se apropie un obiect cuantic în lumea fizicii clasice - este de 15,5, depăşind recordul anterior de macroscopicitate cu un ordin de mărime.
Această descoperire deschide calea pentru experimente viitoare în care oamenii de ştiinţă ar putea observa în mod fezabil materiale biologice, cum ar fi un virus sau proteine, într-o superpoziţie cuantică. Experimentul reprezintă un pas major înainte şi aduce acest straniu fenomen cuantic extrem de aproape de lumea reală.
Comentează