Фізики перевели атоми в стан кота Шредінгера, що наблизило квантовий світ до нашої реальності.

Вчені показали, що наночастинки з тисяч атомів натрію можуть поводитися одночасно і як частинки, і як хвилі, створюючи рекордну суперпозицію.

Фізики перевели 7000 атомів у стан кота Шредінгера і побили рекорд з найбільшої кількості макроскопічних об'єктів, які можна побачити у квантовій суперпозиції. Вчені побачили, як наночастинки з атомів натрію діють і як частинка, і як хвиля. Тобто наночастинки продемонстрували дивне квантове явище, відоме як корпускулярно-хвильовий дуалізм. Результати цього дослідження відкриває двері для майбутніх експериментів, в яких вчені зможуть спостерігати біологічні молекули, як-от віруси або білки, у квантовій суперпозиції. Це відкриє нові можливості для вивчення їхніх фізичних властивостей. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

У квантовій реальності частинки здатні існувати в кількох станах одночасно, що є вражаючим феноменом, відомим як квантова суперпозиція.

Фізик Ервін Шредінгер провів аналогію, представивши ситуацію з котом, поміщеним у герметично закриту коробку, всередині якої міститься ємність з отруйною речовиною. Ця отрута активується в момент розпаду радіоактивного матеріалу, що означає, що кіт може опинитися в небезпеці в будь-який момент, коли коробка залишається закритою.

Але поки коробка закрита, кіт Шредінегра перебуває у квантовій суперпозиції, тобто він одночасно і живий, і мертвий. Дізнатися, в якому саме стані перебуває кіт, можна тільки, якщо відкрити коробку і провести спостереження за котом. Квантовий світ заснований на ймовірностях, а тому квантові частинки в суперпозиції під час спостереження за ними перебувають в одному з можливих станів. При цьому квантові частинки одночасно поводяться і як хвилі, і як частинки, поки за ними не спостерігають.

Таким чином, виникає питання: де саме розташована межа між квантовим світом і нашою повсякденною реальністю? В який момент елементарна частинка починає демонструвати властивості хвилі?

Причина, чому ми не спостерігаємо квантову суперпозицію в повсякденному житті, полягає в явищі, відомому як декогеренція. Коли об'єкт, що знаходиться в квантовій суперпозиції, вступає у взаємодію з навколишнім середовищем, він втрачає свої квантові властивості і більше не може існувати в декількох станах одночасно.

Великі об'єкти постійно взаємодіють з навколишнім середовищем, що унеможливлює їх перебування у стані квантової суперпозиції. Отже, головна проблема при спробах спостерігати великі частинки, які поводяться як хвилі, полягає у необхідності їх ізоляції, щоб забезпечити підтримання когерентної квантової суперпозиції.

Фізики вирішили дослідити великі наночастинки натрію в стані квантової суперпозиції. Для цього їм вдалося перетворити кілька грамів натрію на пучок наночастинок, який вони потім пропустили через вузьку щілину.

Якби наночастинки натрію перебували у стані квантової суперпозиції, це означало б, що після проходження через щілину вони розповсюджувалися б у формі хвилі. Це, у свою чергу, призвело б до виникнення інтерференційної картини. Проте, якщо б наночастинки декогерували і почали діяти як звичайні частинки, натрій пройшов би безпосередньо через щілину, і вчені спостерігали б лише плоску лінію.

Під час тривалих експериментів фізики отримали таку інтерференційну картину, яка показала, що наночастинки натрію поводилися одночасно як частинки і як хвилі.

Дослідники встановили, що макроскопічність наночастинок натрію дорівнює 15,5, що в десять разів перевищує попередній рекорд цього показника для квантових об'єктів у стані суперпозиції. Цей показник ілюструє, наскільки сильно ці квантові частинки відрізняються від класичних систем.

Цей прорив створює можливості для подальших досліджень, у яких науковці зможуть вивчати біологічні структури, такі як віруси або білки, в умовах квантової суперпозиції. Дослідження робить це загадкове квантове явище ближчим до нашої реальності.

Як уже писав Фокус, під час експериментів зі створення умов раннього Всесвіту, фізики змогли створити золото зі свинцю.

Фокус також повідомляв, що астрономи виявили загадку вічно молодих зірок, які не повинні існувати. Дослідники з'ясували, чому деякі зірки зберігають свою яскравість і молодий вигляд, незважаючи на те, що їхній вік близький до віку самого Всесвіту.