Світ квантової механіки, де частинки можуть перебувати в двох місцях одночасно або переплітатися один з одним на величезних відстанях, звучить дивно для нас, які живуть в макроскопічному світі класичної фізики. Але де саме проходить кордон між двома світами досі залишається загадкою.
Тепер фізики визначили межу чіткіше, ніж будь-коли раніше, з новим експериментом, що показує, що масивні молекули, що містять до 2000 атомів, можуть існувати одночасно в двох місцях.
Відкриття було зроблено з використанням вдосконаленої версії експерименту, який проводився незліченну кількість разів за останні 200 років - експеримент з двома щілинами (досвід Юнга). Саме завдяки цьому експерименту вчені дійшли розуміння подвійності світла як частинок і хвиль.
Експеримент звучить досить просто. Світло прямує до поверхні, в яку врізані дві щілини, і до іншої поверхні, за якою світло проектується. Якби світло складалося тільки зі звичайних частинок, то малюнок на задній поверхні міг би просто з'явитися у формі і розмірі щілин. Але хвилі світла відображаються один від одного, немов ряб у воді, створюючи на поверхні якусь смугу візерунків, що чергуються.
Але найдивніше, що навіть коли експеримент проводиться з окремими фотонами (частинками світла), з'являється той же смугастий малюнок. Якимось чином ці фотони, здається, не йдуть тільки одним шляхом, як вони можна було очікувати, але проходять через всі шляхи відразу.
Це явище відоме як квантова суперпозиція, і найбільш яскраво воно ілюструється знаменитим котом Шредінгера. У цьому уявному експерименті кіт, захований в коробці, не є ні живим, ні мертвим, але існує як обидві одночасно в двох станах. Коли коробка відкрита, ця суперпозиція згортається в один або інший стан.
Але суперпозиція, мабуть, застосовна тільки в квантовій сфері - коли об'єкти стають більшими, цьому феномену стає все важче проявляти себе, і до того часу, коли ви досягаєте макроскопічного масштабу, здається, що він повністю зникає. Навіть коту Шредінгера потрібен квантовий зв'язок - часто розповідається, що в коробці теж є радіоактивний атом, і виживання кота залежить від того, розпадається атом чи ні.
Так де ж межа? Який найбільший об'єкт може бути в двох місцях одночасно? Вчені з університетів Відня і Базеля тепер стали ближче до відповіді після проведення експерименту з найбільшими з протестованих молекул.
Попередня спроба включала молекули, що містять понад 800 атомів, але фізикам в останньому дослідженні вдалося розширити цю межу до 2000 атомів.
Було виявлено, що ці молекули існують в стані квантової суперпозиції і створюють перешкоди один одному, подібно рябі, до семи мілісекунд одночасно. Це просуває межу мікроміру ближче до нашого макроскопічного світу, ніж коли-небудь раніше, стираючи межу між квантовою і класичною фізикою.
Дослідження було опубліковано в журналі Nature Physics.
