Учёные достигли новых горизонтов в исследовании квантовой суперпозиции материи
Недавние исследования, проведенные учеными Венского университета, открывают новые горизонты в понимании квантовой физики и ее проявлений в макроскопических объектах. В ходе эксперимента с использованием интерферометрии материи было обнаружено, что относительно крупная кластерная структура из 7000 атомов натрия демонстрирует явление квантовой суперпозиции, что делает её крупнейшим известным объектом, обладающим этой квантовой характеристикой.
Сuperпозиция — это концепция, позволяющая частицам существовать одновременно в нескольких состояниях, то есть вести себя как частицы, так и волны. Исследование этого феномена на макроскопическом уровне давно стало одной из главных задач для физиков. Известный мысленный эксперимент Эрвина Шрёдингера 1935 года, в котором кот был одновременно «жив» и «мертв», иллюстрирует предмет обсуждения: на каком этапе размера или массы классические законы физики начинают подводить нас, и система перестает вести себя как квантовое явление?
В ходе нового эксперимента, проведенного с помощью интерферометра MUlti-Scale CLuster Interference Experiment (MUSCLE), исследователи создали кластеры натриевых атомов разного размера, от 5000 до 10000 атомов. Объект, состоящий примерно из 7000 атомов, оказался промежуточным звеном между квантовым и классическим мирами, демонстрируя макроскопичность (параметр, объединяющий различные квантовые эксперименты) в 15.5 — в десять раз больше, чем у проведенных ранее аналогичных экспериментов.
Согласно словам ведущего автора исследования Себастьяна Педалино, работа проходила в атмосфере повышенного ожидания: «Интуитивно можно было ожидать, что такой большой кластер будет себя вести как классическая частица. Однако тот факт, что он продолжает демонстрировать интерференцию, свидетельствует о действительности квантовой механики даже на этом масштабе».
Успех эксперимента стал возможен благодаря прецизионному измерению, когда кластеры натрия были пропущены через три решетки дифракции, созданные ультрафиолетовыми лазерными лучами. Этот метод позволил четко установить местоположение кластеров и одновременно показать, как они теряют «твердую» идентичность, распространяясь, как волна.
Результаты исследования, опубликованные в журнале *Nature*, открывают новые перспективы для не только теоретического понимания квантового мира, но и практических приложений в области современных технологий. Возможности использования квантовых свойств в создании более крупных наночастиц могут значительно улучшить существующие технологии и открыть новые горизонты в области квантовых вычислений и нанонауки.
Эти открытия ставят перед учеными новые вопросы: на каком этапе классические законы начинают заменять квантовые, и как эти знания могут быть применены для дальнейших исследований на стыке классической и квантовой механики. Понимание квантовой суперпозиции на уровне, сопоставимом с современными транзисторами, может стать основой для новых структур с уникальными свойствами, которые изменят облик технологий в ближайшие десятилетия.
