Квантова фізика знову зробила крок за межі звичного уявлення про реальність. Фізикам вдалося перевести в так званий «стан кота Шредінґера» об’єкт, що складається не з окремих частинок, а з тисяч атомів одночасно. Це новий рекорд: раніше настільки «великих» об’єктів у квантовому стані ще не спостерігали.
У центрі експерименту — наночастинки натрію, кожна з яких містить близько 7 000 атомів. Дослідники з Віденського університету змусили ці частинки поводитися не як звичайна матерія, а як єдина хвиля. Результати роботи були опубліковані в журналі Nature і вже викликали жваве обговорення у науковій спільноті.
Квантовий світ не лише для «дрібних»
Зазвичай квантову механіку пов’язують з електронами, фотонами чи іншими мікроскопічними частинками. Але, як наголошує керівник дослідження Себастіан Педаліно, сама теорія не встановлює жорсткої межі між «малим» і «великим». Питання лише в тому, чи можна експериментально змусити більші об’єкти проявити квантові властивості.
Саме це і перевірила команда. Вчені створили пучок наночастинок натрію і спрямували його на надзвичайно вузьку щілину. Замість того щоб просто пролетіти крізь отвір, частинки «розпливлися» у просторі та створили інтерференційну картину — характерну ознаку хвильової поведінки. Іншими словами, кожна наночастинка поводилася так, ніби проходить через кілька шляхів одночасно.
Що таке «кіт Шредінґера» на практиці
Цей ефект і є квантовою суперпозицією — станом, у якому об’єкт перебуває одразу в кількох можливих конфігураціях. Саме для пояснення цієї ідеї Ервін Шредінґер свого часу запропонував знаменитий уявний експеримент з котом у коробці, який водночас живий і мертвий, доки за ним не спостерігають.
У реальному світі такі стани дуже нестійкі. Будь-яка взаємодія з довкіллям — зіткнення з іншими частинками, теплові коливання, випромінювання — руйнує суперпозицію. Цей процес називається декогеренцією. Чим більший об’єкт, тим складніше «захистити» його від впливу навколишнього середовища. Саме тому спостереження квантової поведінки у системі з тисяч атомів вважається таким проривом.
Чому це важливо
Досягнення не лише розширює межі експериментальної квантової фізики, а й відкриває нові перспективи. Наступним кроком можуть стати експерименти з ще складнішими структурами — наприклад, великими органічними або навіть біологічними молекулами. Якщо їх вдасться перевести в квантовий стан, це дасть змогу досліджувати їхні властивості абсолютно новими методами.
Фактично, вчені дедалі ближче підходять до відповіді на одне з фундаментальних питань фізики: де саме проходить межа між квантовим світом і повсякденною реальністю. І щоразу ця межа відсувається трохи далі, показуючи, що квантова дивність — не лише справа елементарних частинок, а й властивість самої природи.