Как уже упоминалось в Части I, первое доказательство того, что частицы обладают волновыми свойствами, было представлено в 1927 году, когда Клинтон Дж. Дэвиссон и Лестер Х. Джермер в США и Джордж Паджет Томсон в Англии рассматривали дифракцию электронов на кристалле. Успех во многом был обусловлен тем, что длина волны де Бройля обратно пропорциональна импульсу частицы, а значит, и массе , а электрон -- самая легкая частица из возможных. Для сравнения, масса электрона почти в 1800 раз меньше массы протона. Поэтому в обычных условиях длина волны де Бройля тяжелых систем невелика, и их волновые свойства проявляются очень слабо.
Сейчас уровень экспериментальной техники позволяет различать квантово-механические свойства довольно сложных и тяжелых систем. Например, в недавнем исследовании ученым в Венском университете удалось при поддержке коллег из Стенфордского университета продемонстрировать квантово-волновую природу сложного антибиотического полипептида – грамицидина D.
За экспериментальную часть в команде отвечала группа из Венского университета. В начале ученые создали хранилище для грамицидина D, для чего нанесли биомолекулярную пленку с ним на стеклоуглеродное колесо. Далее грамицидин высвобождался с помощью облучения колеса короткими, фемтосекундными, лазерными импульсами. Высвобожденные молекулы подхватываются потоком охлажденного аргона, движущегося со сверхзвуковой скоростью в 600 м/с. Длина волны де Бройля молекулы грамицидина, движущейся с такой скоростью, составляет всего 350 фемтометров (10^(-15) метра!), что составляет около одной десятитысячной диаметра самой молекулы. Далее поток молекул попадал в сверхчувствительный интерферометр Талбота-Лау, который позволяет оценить структуру дифракционных полос, что в свою очередь позволило определить область когерентности молекулы. Размер области оказался в 20 раз больше размера молекулы грамицидина D, что можно объяснить только квантово-механическими эффектами.
Группа в Стенфорде подтвердила корректность экспериментальных данных с помощью высокоуровневого квантово-химического моделирования.
Ученые пишут, что их новая методика позволит исследовать и более сложные биологические соединения. Интересно, что у них получится еще)
A. Shayeghi et al. Matter-wave interference of a native polypeptide, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15280-2
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
