Experiment inovator la Universitatea din Viena
O echipă de fizicieni de la Universitatea din Viena a realizat un experiment remarcabil prin care a reușit să aducă în stare de superpoziție (conceptul cunoscut din experiența pisicii lui Schrödinger) câteva mii de atomi, stabilind un record pentru cel mai „mare obiect” observat într-o stare cuantică. Această informație a fost raportată de Live Science, în urma publicării unui studiu la 21 ianuarie în revista Nature.
Descoperirea nanoparticulelor de sodiu
Cercetătorii au analizat nanoparticulele formate din aproximativ 7.000 de atomi de sodiu, care s-au comportat ca o undă coezivă. Această realizare îmbunătățește înțelegerea mecanicii cuantice și explorează noi teritorii în acest domeniu. Acest tip de experiment ar putea facilita, în viitor, studierea unor molecule biologice în stări cuantice, oferind perspective noi asupra proprietăților lor fizice, conform Agerpres.
Metodologia experimentului
În cadrul studiului, echipa a generat un flux de nanoparticule de sodiu și l-a direcționat către o fantă îngustă. Rezultatul a demonstrat că aceste nanoparticule s-au dispersat pe un ecran amplasat în spatele fantei, generând un model de interferență. Acesta ilustrează comportamentul cuantic, denumit dualitate undă-particulă, având astfel nanoparticulele de sodiu înregistrându-se ca cele mai mari obiecte observabile în stare de superpoziție cuantică.
Perspectivele mecanicii cuantice
Sebastian Pedalino, autorul principal al studiului și fizician la Universitatea din Viena, a subliniat că, de obicei, mecanica cuantică este asociată cu particule minuscule, cum ar fi fotonii sau electronii. Totuși, el a subliniat că mecanica cuantică nu are limite strict definite și că scopul echipei este să testeze aceste frontiere.
Conceptul de superpoziție cuantică
În lumea cuantică, particulele nu au o poziție fixă, ci sunt caracterizate de un câmp de probabilitate în ceea ce privește localizarea lor. Această stare bizară, cunoscută sub numele de superpoziție cuantică, permite particulelor să fie în mai multe locuri simultan, acționând atât ca particule, cât și ca unde, până în momentul observării lor.
Paradoxul lui Schrödinger
Fizicianul Erwin Schrödinger a ilustrat acest concept prin exemplul unei pisici plasate într-o cutie etanșă, alături de o sursă radioactivă ce eliberează otravă. Astfel, după etanșarea cutiei, pisica se află într-o superpoziție, fiind simultan atât moartă, cât și vie, până când cutia este deschisă și pisica este observată.
Decoerența cuantică
Acest comportament ridică întrebări despre granița dintre lumea cuantică și realitatea observată zilnic. Momentul în care o particulă începe să se comporte ca o undă este determinat de un proces denumit decoerență cuantică. Acesta generează colapsul funcției de undă, transformând particulele cuantice în obiecte concrete, așa cum le percepem în viața cotidiană.
Interacțiunea cu mediul
Un obiect aflat într-o superpoziție cuantică interacționează în mod constant cu mediul înconjurător. Această interacțiune duce la decoerență, determinând ca obiectul să nu mai existe în starea de superpoziție, apărând astfel într-un singur loc. Obiectele mai mari, având interacțiuni constante cu mediul, nu reușesc să mențină o superpoziție cuantică.
Provocările experimentale
Echipa de cercetare, condusă de Sebastian Pedalino, și-a propus să observe nanoparticulele de sodiu într-o stare de superpoziție cuantică. Acest lucru a implicat transformarea unor grame de sodiu într-un fascicul de nanoparticule, care apoi a fost direcționat către o fantă îngustă.
Observațiile efectuate
În cazul în care nanoparticula de sodiu s-ar afla într-o stare de superpoziție, aceasta s-ar dispersa ca o undă după ce a trecut prin fantă, creând un model de interferență. Dacă ar interacționa cu decoerența cuantică și ar acționa ca o particulă normală, sodiul ar trece direct prin fantă, producând o linie plată pe detector.
Reușita în observarea modelului de interferență
După doi ani de cercetare, în care echipa a observat linii plate, Pedalino și colegii săi au reușit să obțină modelul de interferență dorit. „Acel moment a fost incredibil”, a declarat Pedalino. Buletinul de observație s-a lărgit, confirmând că nanoparticulele de sodiu se comportau atât ca particule, cât și ca unde.
Recordul de macroscopicitate
Cercetătorii au stabilit că „macroscopicitatea” acestor nanoparticule de sodiu este de 15,5, depășind anteriorul record, stabilit cu un ordin de mărime. Această descoperire este semnificativă pentru viitoarele experimente, având potențialul de a permite observații ale materialelor biologice, cum ar fi virusuri și proteine, în stări cuantice.
