實驗表明包含多達2000個原子的大分子可以同時存在于兩個位置

2019年10月04日 15:06 次閱讀 稿源:cnBeta.COM 條評論

量子力學世界中的粒子可以同時存在于兩個位置,也可以彼此相距很遠,而這讓我們生活在古典物理學的宏觀世界中感到恐怖。但是,兩者之間的確切界限仍然是一個謎。現在,物理學家比以往任何時候都更加模糊了這條線,一項新的“雙縫實驗”表明,包含多達2000個原子的大分子可以同時存在于兩個位置。

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實驗聽起來很簡單,光被射向一個表面,該表面上切有兩個狹縫,光在其后面的另一個表面最終投射到該表面上。如果光僅由常規粒子組成,則后表面上的圖案將僅以狹縫的形狀和大小出現。但是,結果卻顯示光波像水面的漣漪一樣互相反射,在表面形成一種類似于虎紋的圖案。

最奇怪的是,即使對單個光子(或光粒子)進行實驗,也會出現相同的條紋圖案。不知何故,這些光子似乎并沒有像預期的那樣走固定的一條路,而是一次遍歷所有光子并互相干擾。

這種現象稱為量子疊加,最著名的就是薛定諤的貓。在這個思想實驗中,隱藏在盒子里的貓既沒有生也沒有死,而是同時存在。直到當盒子被打開時,這種疊加塌陷成一種狀態或另一種狀態。

出于同樣的原因,如果在上述實驗的狹縫處設置檢測器,以便他們測量光所走的路徑,則條紋圖案會消失,度量結果的模糊性會在得到評估后立即消除。

但是疊加似乎僅適用于量子領域 - 隨著物體變大,這種現象的發生會變得越來越困難,而當達到宏觀尺度時,它似乎完全消失了。甚至薛定諤的貓思想實驗也需要建立量子鏈接-傳說中的盒子中也有一個放射性原子,而貓的存活取決于原子是否衰變。

那么極限在哪里?一次可以放在兩個地方的最大物體是什么?維也納大學和巴塞爾大學的科學家在對迄今測試的最大分子進行了雙縫實驗后,現在更接近答案了。

先前的記錄涉及包含800多個原子的分子,但是最新研究小組成功地將其擴展到2000個原子。

研究人員專門設計了質量大但仍足夠穩定的分子,可以在雙縫隙處發射,在超高真空下形成分子束。測量最終結果需要使用基線為2m(6.6 ft)的新設計的物質波干涉儀。

果然,實驗發現這些分子以量子疊加狀態存在,并且像波紋一樣相互干擾,每次長達7毫秒。這使邊界比以往任何時候都更接近我們的宏觀世界,從而模糊了量子物理學與經典物理學之間的界線。

研究的主要作者Yaakov Fein表示:“我們的實驗表明,量子力學及其所有奇特的特性也非常強大,我很樂觀,未來的實驗將對它進行更大規模的測試。”

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