Група фізиків з Австрії, Німеччини, США і Швейцарії спостерігала квантову інтерференцію на прикладі дуже великих органічних молекул.

Новий експеримент в чому нагадує досвід з інтерференції на двох щілинах, ілюструє принцип корпускулярно-хвильового дуалізму. У ХХ столітті він успішно проводився з використанням самих різних частинок: фотонів, електронів, протонів, атомів. Трохи більше десяти років тому австрійські вчені спостерігали інтерференцію хвиль де Бройля молекул фулерену С60, утвореного шістдесятьма атомами вуглецю і представляє собою «майже класичний» об'єкт.

Молекули, спеціально створені для експерименту, помітно перевершують С60 за величиною. Найбільша з них складена з 430 атомів і виростає до 60 Å, а маса найважчою, також включає в себе 430 атомів, дорівнює 6 910 а. е. м. (1 а. а.о.м. ≈ 1,66 • 10-27 кг).

Молекули, задіяні в дослідах: фулерен С60 масою в 720 а. е. м. (а); C60 [C12F25] 8 з 356 атомів загальною масою 5672 а. е. м. (b); сама масивна – C60 [C12F25] 10 (с); C44H30N4 з 78 атомів загальною масою 614 а. е. м. (d); 202-атомна C84H26F84N4S4 масою в 2814 а. е. м. (е); найбільша – C168H94F152O8N4S4 масою в 5310 а. е. м. (f). Масштабна смужка – 10 Å. (Ілюстрація з журналу Nature Communications.)

Властивості підготовлених молекул вивчалися на досить складному інтерферометрі Капіци – Дірака – Телбота – Лоу, до складу якого входять три розташовані один за одним дифракційні решітки, вміщені у вакуумну камеру. Перша решітка, встає на шляху молекулярного пучка, була побудована на основі мембрани з нітриду кремнію з проробленими в ній 90-нанометровими щілинами. Роль другого дифракційного елемента, дія якого базується на ефекті Капіци – Дірака, грала стояча світлова хвиля. Третя решітка, зміщується перпендикулярно осі пучка, була також виконана з нітриду кремнію; за нею знаходився детектор – квадрупольний мас-спектрометр.

Молекули надходили в камеру зі звичайного термічного джерела за рахунок сублімації речовини. При використанні всіх шести видів з'єднань, позначених на малюнку вище, в досвіді реєструвалися ознаки квантової інтерференції.

Досліджені молекули, таким чином, цілком можна порівняти з кішкою Шредінгера. Ервіна Шредінгера цікавило питання про те, чи може кішка – складний макроскопічний об'єкт – перебувати в суперпозиції станів «живою» та «мертвої»; в нашому випадку суперпозицію будуть складати інші дві можливості («всі 430 атомів знаходяться в лівому рукаві інтерферометра» і «все атоми в правому рукаві »).

Схема інтерферометра. G1, G2, G3 – дифракційні елементи. (Ілюстрація з журналуNature Communications.)

За матеріалами: Nature News

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?