Η πρωτοποριακή και σημαντική έρευνα στην κβαντική φυσική, των επιστημόνων Σερζ Αρός και Ντειβιντ Γουάινλαντ επισφραγίστηκε με το βραβείο Νομπέλ …
Γιγαντιαία μόρια ταυτόχρονα σε δύο σημεία σε πρωτόγνωρο κβαντικό πείραμα
Νέα έρευνα αναδεικνύει ένα αξιοπερίεργο κβαντικό φαινόμενο σε άνευ προηγουμένου έκταση.
Η απεικόνιση καταγράφει τη συμπεριφορά μεγάλων και πολύπλοκων μορίων τα οποία ξεδιπλώνονται πτυχωτά στο χώρο.
Χάρη στην κβαντική φυσική, είναι δυνατή η ταυτόχρονη ύπαρξη δύο γιγάντιων μορίων σε δύο σημεία.
To παραπάνω είναι εδώ και καιρό γνωστό στους επιστήμονες ως θεωρητικά αληθές και βασίζεται σε ορισμένα γεγονότα: κάθε σωματίδιο ή ομάδα σωματιδίων στο χώρο, είναι επίσης ένα κύμα-ακόμη και τα μεγάλα σωματίδια, ακόμη και τα βακτήρια, οι άνθρωποι, ακόμη και οι πλανήτες και τ’ αστέρια. Τα κύματα λοιπόν καταλαμβάνουν την ίδια στιγμή πολλαπλά σημεία στο χώρο.
Κάθε τμήμα ύλης μπορεί να καταλαμβάνει την ίδια στιγμή δύο μέρη. Οι φυσικοί ονομάζουν το φαινόμενο αυτό «κβαντική υπέρθεση» και την έχουν αναπαραστήσει με τη χρήση μικρών σωματιδίων.
Πρόσφατα, ωστόσο, τα πειράματα της φυσικής έχουν αναβαθμιστεί με την αναπαράσταση της κβαντικής υπέρθεσης χρησιμοποιώντας ολοένα και μεγαλύτερα σωματίδια. Σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Physics στις 23 Σεπτεμβρίου 2019, μία διεθνής ερευνητική ομάδα κατάφερε να κάνει ένα μόριο το οποία αποτελούταν από 2.000 άτομα να καταλάβει δύο σημεία την ίδια στιγμή.
Προκειμένου να το καταφέρουν αυτό, οι ερευνητές δημιούργησαν μία περίπλοκη, εκσυγχρονισμένη έκδοση της αλληλουχίας από διάσημα πειράματα που αρχικά αναπαριστούσαν την κβαντική υπέρθεση.
Εδώ και καιρό είναι γνωστό στους ερευνητές το γεγονός, ότι όταν το φως διαπερνά ένα χαρτί με δύο σχισμές, δημιουργεί στον τοίχο πίσω από το χαρτί ένα μοτίβο παρεμβολής, ή μία σειρά φωτεινών και σκοτεινών ανταυγειών. Το φως ωστόσο, έχει γίνει αντιληπτό ως ένα κύμα μηδενικής μάζας και όχι ως ένα σύνολο μορίων, με αποτέλεσμα η παραπάνω διαπίστωση να μην προκαλέσει έκπληξη.
Σε σειρά γνωστών πειραμάτων ωστόσο, τα οποία διεξήχθησαν τη δεκαετία του 1920, οι φυσικοί απέδειξαν ότι τα ηλεκτρόνια που διαπερνούν μία λεπτή ταινία ή ένα κρύσταλλο ακολουθούσαν παρόμοιο μοτίβο, σχηματίζοντας σχέδια όπως εκείνα του φωτός που διαπερνά ένα διαθλαστικό υλικό στον τοίχο.
Αν τα ηλεκτρόνια ήταν απλώς μόρια και μπορούσαν συνεπώς να καταλαμβάνουν μόνο ένα σημείο στο χώρο κάθε φορά, θα σχημάτιζαν δύο λωρίδες, περίπου στο σχηματισμό των σχισμών στον τοίχο πίσω από την ταινία ή το κρύσταλλο.
Αντ’ αυτού όμως, τα ηλεκτρόνια προσκρούουν στον τοίχο σε περίπλοκους σχεδιασμούς, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια έχουν αναδιανεμηθεί. Αυτό είναι χαρακτηριστικό σημάδι ενός κύματος.
Σε ορισμένα σημεία οι κορυφές των κυμάτων συμπίπτουν, σχηματίζοντας έτσι φωτεινότερα σημεία, ενώ σε άλλα σημεία οι κορυφές τους συμπίπτουν με τα κοιλώματα των κυμάτων, με αποτέλεσμα ν’ αλληλο-εξουδετερώνονται, δημιουργώντας έτσι μία σκοτεινή περιοχή.
Καθώς οι φυσικοί γνωρίζουν ήδη ότι τα ηλεκτρόνια έχουν μάζα και ήταν αναμφίβολα μόρια, το πείραμα κατέδειξε ότι η ύλη ενεργεί και όπως τα ξεχωριστά μόρια και όπως τα κύματα.
Η δημιουργία όμως, ενός μοτίβου παρεμβολής με ηλεκτρόνια, διαφέρει από τη δημιουργία του με γιγαντιαία μόρια, κάτι πολύ πιο δύσκολο. Τα μεγαλύτερα μόρια έχουν κύματα που ανιχνεύονται λιγότερο εύκολα, καθώς τα μεγαλύτερα αντικείμενα έχουν μικρότερο μήκος κύματος, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε μετά βίας αντιληπτά μοτίβα.
Και αυτά τα 2.000 άτομα έχουν μικρότερο μήκος κύματος σε σχέση με τη διάμετρο ενός μοναδικού ατόμου υδρογόνου, με αποτέλεσμα το μοτίβο παρεμβολής τους να είναι πολύ μικρότερο.
Για τη διεξαγωγή του πειράματος με το χαρτί με τις δύο σχισμές για τα μεγάλα αντικείμενα, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα μηχάνημα που εξέπεμπε μία ακτίνα από μόρια μέσα από διαδοχικά τοποθετημένες σχάρες και φύλλα διάτρητα με πολλαπλές σχισμές. Η ακτίνα είχε μήκος περίπου δύο μέτρα, αρκετά μεγάλη ώστε οι ερευνητές να πρέπει να συνυπολογίσουν παράγοντες όπως είναι η βαρύτητα και η περιστροφή της Γης κατά το σχεδιασμό του μηχανισμού εκπομπής της ακτίνας, όπως αναφέρθηκε γραπτώς από τους επιστήμονες.
Επιπλέον, διατήρησαν τα μόρια σε αρκετά ζεστή θερμοκρασία για το πείραμα κβαντικής φυσικής, με αποτέλεσμα να πρέπει να αιτιολογήσουν τη θερμότητα για την προώθηση των μορίων.
Και όμως, όταν οι ερευνητές έθεσαν σε λειτουργία το μηχάνημα, οι ανιχνευτές στο άλλο άκρο της ακτίνας αποκάλυψαν ένα μοτίβο παρεμβολής. Τα μόρια καταλάμβαναν πολλαπλά σημεία στο χώρο την κάθε φορά.
Πρόκειται ένα συναρπαστικό πείραμα, την απόδειξη της κβαντικής παρεμβολής σε έκταση μεγαλύτερη από όσο είχε αποδειχθεί προγενέστερα.
«Η επόμενη γενιά πειραμάτων κυμάτων-ύλης θα ωθεί τη μάζα με μία σειρά σπουδαιότητας», ανέφεραν οι συγγραφείς.
Έτσι, αναμένονται ακόμη μεγαλύτερες αναπαραστάσεις κβαντικής παρεμβολής, αν και η αυτόματη διέλευση μέσα από το συμβολόμετρο θα παραμείνει αδύνατη. Θα παρακολουθούμε ωστόσο την μαγευτική κίνηση των μορίων.
Copyright: Space.com
Πηγή: Scientific American
