Naukowcy przybliżają mechanikę kwantową do życia codziennego
Międzynarodowy zespół fizyków przedstawił w czasopiśmie Nature Communications dowód na to, że duże molekuły organiczne mają charakter fali kwantowej. Odkrycia mogą stanowić krok naprzód w kierunku redukcji interferencji kwantowej na skalę większą niż udawało się to osiągnąć dotychczas. Interferencja kwantowa, sprawiająca że pojedyncze cząstki w formie fali przecinają własną trajektorię i interferują z kierunkiem, w którym się poruszają, jest jedną z najbardziej problematycznych koncepcji teorii kwantowej. Pogłębienie wiedzy na temat takich cząstek jest cenne dla informatyki kwantowej, która znajduje zastosowanie w komputerach kwantowych. Podobnie jak światło, materia w odpowiednich okolicznościach wykazuje cechy zarówno fali, jak i cząstek. Jednakże duże obiekty cechują się bardzo niewielkimi długościami fal - na tyle niewielkimi, że raczej bezcelowe jest myślenie o nich w kategorii fal. Niemniej w przypadku innych obiektów, długość fali może być obserwowalna i znacząca, jak wykazały eksperymenty z podwójną szczeliną i wykorzystaniem elektronów. Markus Arndt z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii wraz z kolegami obserwował fale kwantowe w syntetycznych molekułach organicznych złożonych z 430 atomów. Naukowcy wykazali, że w dużych kompleksach molekularnych o ponad 1.000 wewnętrznych stopniach swobody, może zostać osiągnięta koherencja kwantowa, umożliwiająca interferencję stacjonarną. Takie molekuły organiczne są porównywalne pod względem rozmiaru i złożoności do molekuł insuliny i wykazują wiele cech obiektów klasycznych. Mimo to w eksperymencie, który był uproszczoną wersją koncepcji kota Shrödingera, mogły one istnieć nie tyle jako obiekty, co raczej jako mgławice możliwości bycia tu i tam, i wszędzie w tym samym czasie. Kiedy naukowcy przyjrzeli się im, możliwości zostały ograniczone do zdefiniowanych pozycji. Podobnie jak kot Shrödingera umieszczony w zamkniętej skrzynce nie jest ani żywy, ani martwy, lecz jest raczej upiorną mieszaniną dwóch możliwości i nie wiadomo, która z nich jest prawdziwa bez sprawdzenia. Znaczenie dualizmu cząstki falowej oznacza, że całość zachowania materii można wyjaśnić na podstawie równania różniczkowego, które przedstawia funkcję falową - równania Shrödingera. Możliwość opisu rzeczywistości w formie fal stanowi trzon mechaniki kwantowej. Podczas gdy matematyka, choć skomplikowana, przynosi dokładne przewidywania, fizyczne znaczenie tych równań jest znacznie trudniej pojąć. Próba wyjaśnienia, co "tak naprawdę oznacza" dualizm cząstki falowej nadal stanowi kluczowy punkt debaty w fizyce kwantowej. Pozostaje do tego jeszcze następujące pytanie: jak daleko możemy to posunąć? W podsumowaniu artykułu czytamy, że odkrycia "otwierają nowe perspektywy przed eksperymentami kwantowymi z nanocząstkami o klasie złożoności porównywalnej do małych białek oraz pokazują, że wykonalne jest stworzenie i utrzymanie wysokiej koherencji kwantowej w [złożonych] układach cieplnych".Więcej informacji: Universität Wien http://www.univie.ac.at/en/ Nature Communications http://www.nature.com/ncomms/index.html
Kraje
Austria, Szwajcaria, Niemcy, Stany Zjednoczone