Kjempemolekyler kan være to steder samtidig, takket være kvantefysikk.
Det er noe som forskere lenge har visst, er teoretisk sant basert på noen få fakta: Hver partikkel eller gruppe av partikler i universet er også en bølge - til og med store partikler, til og med bakterier, til og med mennesker, til og med planeter og stjerner. Og bølger opptar flere steder i verdensrommet samtidig. Så enhver del av saken kan også okkupere to steder på en gang. Fysikere kaller dette fenomenet "kvantesuperposisjon", og i flere tiår har de demonstrert det ved bruk av små partikler.
Men de siste årene har fysikere skalert opp eksperimentene sine, demonstrert kvantesuperposisjon ved bruk av større og større partikler. Nå, i et papir publisert 23. september i tidsskriftet Nature Physics, har et internasjonalt team av forskere fått molekyler bestående av opptil 2000 atomer til å okkupere to steder samtidig.
For å trekke det fra, bygde forskerne en komplisert, modernisert versjon av en serie med kjente gamle eksperimenter som først demonstrerte kvanteoverposisjon.
Forskere hadde lenge visst at lys, avfyrt gjennom et ark med to spalter i seg, ville skape et interferensmønster, eller en serie med lyse og mørke frynser, på veggen bak arket. Men lys ble forstått som en masseløs bølge, ikke noe laget av partikler, så dette var ikke overraskende. I en serie berømte eksperimenter på 1920-tallet viste fysikere imidlertid at elektroner avfyrt gjennom tynne filmer eller krystaller ville oppføre seg på en lignende måte og danne mønstre som lys gjør på veggen bak det diffraherende materialet.
Hvis elektronene bare var partikler, og slik kun kunne oppta et punkt i rommet om gangen, ville de danne to strimler, omtrent som spaltenes form, på veggen bak filmen eller krystallen. Men i stedet traff elektronene den veggen i komplekse mønstre som tyder på at elektronene hadde forstyrret seg selv. Det er et tydelig tegn på en bølge; på noen steder faller bølgene toppene, og skaper lysere regioner, mens andre steder sammenfaller toppene med bølger, så de to avbryter hverandre og skaper et mørkt område. Fordi fysikere allerede visste at elektroner hadde masse og definitivt var partikler, viste eksperimentet at materie fungerer både som individuelle partikler og som bølger.
Men det er en ting å lage et interferensmønster med elektroner. Det er mye vanskeligere å gjøre det med gigantiske molekyler. Større molekyler har mindre lett detekterte bølger, fordi mer massive gjenstander har kortere bølgelengder som kan føre til knapt synlige interferensmønstre. Og disse 2000-atompartiklene har bølgelengder som er mindre enn diameteren til et enkelt hydrogenatom, så deres interferensmønster er mye mindre dramatisk.
For å trekke av dobbeltspalt-eksperimentet for store ting, bygde forskerne en maskin som kunne avfyre en stråle av molekyler (hulking ting som kalles "oligo-tetrafenylporfyriner beriket med fluoroalkylsulfanylkjeder", noe mer enn 25 000 ganger massen til et enkelt hydrogenatom ) gjennom en serie rister og ark som har flere spalter. Strålen var omtrent 2 meter lang. Det er stort nok til at forskerne måtte redegjøre for faktorer som tyngdekraft og rotasjonen av jorden i utformingen av bjelkeutstråleren, skrev forskerne i avisen. De holdt også molekylene noenlunde varme i et kvantefysikkeksperiment, så de måtte redegjøre for varme som suste partiklene.
Men likevel, da forskerne slo på maskinen, avslørte detektorene helt til enden av bjelken et interferensmønster. Molekylene opptok flere punkter i rommet på en gang.
Det er et spennende resultat, skrev forskerne, og beviste kvanteforstyrrelser i større skalaer enn noen gang tidligere hadde blitt oppdaget.
"Den neste generasjonen av materie-bølgeforsøk vil presse massen etter en størrelsesorden," skrev forfatterne.
Så kommer enda større demonstrasjoner av kvanteforstyrrelser, selv om det sannsynligvis ikke vil være mulig å skyte deg selv gjennom et interferometer når som helst. (Først av alt, vakuumet i maskinen vil sannsynligvis drepe deg.) Us gigantiske vesener er bare nødt til å sitte et sted og se på at partiklene har det moro.
