Команде физиков из Венского университета удалось перевести в суперпозицию кластеры из более чем 7000 атомов натрия, причем «раздвоенные» положения находились на расстоянии 133 нанометра друг от друга. Для человека, далекого от мира квантовой механики, это расстояние может показаться крошечным, но оно более чем в 20 раз превышает размер самих наночастиц. Для наглядности: это как если бы теннисный шарик одновременно находился в двух точках, расположенных на расстоянии около 80 сантиметров друг от друга.
Суперпозиция — одно из самых странных явлений квантового мира, прославленное мысленным экспериментом Эрвина Шредингера с котом, который одновременно жив и мертв, пока никто не заглянул в ящик. В повседневной жизни мы такого, конечно же, наблюдать не можем: кошки не могут быть одновременно живыми и мертвыми. Однако сами уравнения квантовой механики не содержат ограничений на размер объектов, способных проявлять этот эффект. «Любой квантовый физик подтвердит: мы исходим из того, что стандартная квантовая механика универсальна. Из базовой теории не следует никаких фундаментальных ограничений», — говорит ведущий автор исследования Себастьян Педалино.
На практике квантовые эффекты чрезвычайно хрупки: крупные объекты постоянно взаимодействуют с окружением, что быстро разрушает их квантовые состояния. Некоторые физики предполагают, что за пределами определенных масс квантовая механика может «ломаться». Такие эксперименты, как исследование ученых из Вены призваны проверить, так ли это.
По специальной шкале «макроскопичности», которая учитывает массу объекта, расстояние между суперпозициями и длительность состояния, новый результат превосходит предыдущие рекорды более чем в десять раз.
Технически эксперимент оказался невероятно сложным. Для него была специально создана установка, состоящая из двухметрового интерферометра внутри шестиметровой вакуумной камеры. Наночастицы натрия пропускали через три «решетки» из ультрафиолетового лазерного света, которые заставляли их вести себя как волны. Ученым пришлось учитывать даже вращение Земли — оно способно смазать хрупкую интерференционную картину за те 10 миллисекунд, что частица проводит в установке.
«Это было как искать иголку в стоге сена, — вспоминает Педалино. — Когда мы наконец увидели интерференционный сигнал, испытали огромное облегчение. А еще отметили, что это очень красиво».
Теперь команда планирует немного приблизиться к коту Шредингера и отправить в установку биологические частицы, например небольшие вирусы, чтобы изучать их свойства с помощью квантовых методов.
Ранее ИИ помог физикам решить одну из старейших задач квантовой теории.