Gigantiske molekyler kan være to steder på én gang takket være kvantefysik.
Det er noget, som videnskabsmænd længe har vidst, er teoretisk sandt baseret på nogle få fakta: Hver partikel eller gruppe af partikler i universet er også en bølge - endda store partikler, endda bakterier, endda mennesker, endda planeter og stjerner. Og bølger besætter flere steder i rummet på én gang. Så enhver del af sagen kan også besætte to steder på én gang. Fysikere kalder dette fænomen "kvantesuperposition", og i årtier har de demonstreret det ved hjælp af små partikler.
Men i de senere år har fysikere opskaleret deres eksperimenter og demonstreret kvantesuperposition ved hjælp af større og større partikler. I et papir, der blev offentliggjort den 23. september i tidsskriftet Nature Physics, har et internationalt forskerhold ført til, at molekyler, der består af op til 2.000 atomer, besætter to steder på samme tid.
For at trække det af, byggede forskerne en kompliceret, moderniseret version af en række berømte gamle eksperimenter, der først demonstrerede kvanteoverlagring.
Forskere havde længe vidst, at lys, der fyres gennem et ark med to spalter i sig, ville skabe et interferensmønster, eller en række lyse og mørke frynser, på væggen bag arket. Men lys blev forstået som en masseløs bølge, ikke noget lavet af partikler, så dette var ikke overraskende. I en række berømte eksperimenter i 1920'erne viste fysikere imidlertid, at elektroner, der fyres gennem tynde film eller krystaller, ville opføre sig på en lignende måde og danne mønstre, som lyset gør på væggen bag det diffraherende materiale.
Hvis elektroner simpelthen var partikler, og således kun kunne optage et punkt i rummet ad gangen, ville de danne to strimler, nogenlunde formen af spalterne, på væggen bag filmen eller krystallen. I stedet ramte elektronerne den væg i komplekse mønstre, hvilket antyder, at elektronerne havde forstyrret sig selv. Det er et tydeligt tegn på en bølge; på nogle pletter falder bølgenes toppe sammen, hvilket skaber lysere regioner, mens andre steder falder toppe sammen med tråg, så de to annullerer hinanden og skaber et mørkt område. Fordi fysikere allerede vidste, at elektroner havde masse og bestemt var partikler, viste eksperimentet, at stof fungerer både som individuelle partikler og som bølger.
Men det er en ting at oprette et interferensmønster med elektroner. At gøre det med kæmpe molekyler er meget vanskeligere. Større molekyler har mindre let detekterede bølger, fordi mere massive genstande har kortere bølgelængder, der kan føre til knap synlige interferensmønstre. Og disse 2.000-atompartikler har bølgelængder, der er mindre end diameteren på et enkelt hydrogenatom, så deres interferensmønster er meget mindre dramatisk.
For at trække dobbelt-spaltet eksperimentet efter store ting, byggede forskerne en maskine, der kunne affyre en stråle af molekyler (hulking ting kaldet "oligo-tetraphenylporphyrins beriget med fluoroalkylsulfanylkæder", nogle mere end 25.000 gange massen af et simpelt brintatom ) gennem en række riste og ark, der bærer flere spalter. Strålen var ca. 2 meter lang. Det er stort nok til, at forskerne måtte redegøre for faktorer som tyngdekraften og Jordens rotation i udformningen af bjælkeemitteren, skrev forskerne i avisen. De holdt også molekylerne temmelig varme til et kvantefysisk eksperiment, så de måtte redegøre for varme, der sprang partiklerne.
Men stadig, da forskerne tændte for maskinen, afslørede detektorerne i den yderste ende af bjælken et interferensmønster. Molekylerne optog flere punkter i rummet på én gang.
Det er et spændende resultat, skrev forskerne og beviser kvanteinterferens i større skalaer end nogensinde før var blevet opdaget.
"Den næste generation af materiebølgeforsøg vil skubbe massen efter en størrelsesorden," skrev forfatterne.
Så der kommer endnu større demonstrationer af kvanteinterferens, skønt det sandsynligvis ikke er muligt at skyde dig selv igennem et interferometer når som helst snart. (Først og fremmest ville vakuumet i maskinen sandsynligvis dræbe dig.) Us gigantiske væsener bliver bare nødt til at sidde et sted og se, at partiklerne har det sjovt.
