A gigászi Schrödinger-macska: minden eddiginél nagyobb kvantumállapot

A kvantumfizika egészen elképesztő kísérlettel bővült: Bécsben kutatóknak sikerült többezeres nátriumatom-klasztert úgy „megosztaniuk”, hogy ez a csoport egyszerre több helyen is tartózkodott – vagyis hatalmas szuperpozícióba került. A 7000 atomból álló, 8 nanométer széles fémklaszterek 133 nanométerre voltak egymástól, mégis egyszerre jelentek meg több helyen, hullámként terjedtek szét, végül interferálva interferenciamintázatot hoztak létre.

Határok nélküli kvantumállapot?

Más szóval, a Schrödinger-macska gondolatkísérlet most valódi nagymacska-méretűre nőtt. A kvantumelmélet sosem szab valódi mérethatárt – ezért izgalmas, hogy napjainkban már fehérjeszintű objektumokat is át lehet billenteni a klasszikus–kvantumos határon. Egyes tudósok korábban kizártnak tartották, hogy ilyen összetett, nagytömegű objektumok megőrizzék kvantumállapotukat, hiszen a valóságban a komplexitás növelése a klasszikus fizikához közelíti a rendszert. Az új kísérlet azonban bizonyítja: ebben a mérettartományban a kvantumfizika működik.

Mennyit bír a szuperpozíció?

Bár egyes interpretációk szerint a szuperpozíció egy idő után elkerülhetetlenül klasszikussá omlik össze, eddig nem sikerült meghatározni pontos tömeg- vagy mérethatárt. A mostani, villámfagyasztott, -196 Celsius-fokon lebegtetett atomklasztereket ultranagy vákuumban mozgatták át egy lézeres rácsrendszeren. A klaszterek hullámként, szinkronban terjedtek, a három lézerrácson átjutva pedig bonyolult mintázatot rajzoltak – mindez csak akkor sikerül, ha a kvantumállapot sértetlen marad. A rekordkísérlethez két év és rengeteg kudarc is kellett: a legkisebb környezeti hatás, minimális eltérés vagy egy szál gázmolekula is szétzilálta volna az egészet.

Óriási ugrás

A mostani szuperpozíció tízszer nagyobb, mint bármely korábban előállított. Ez egy „makroszkopikussági” mérőszám, amelyet a tömeg, a kvantumállapot időtartama és a helybeli elkülönülés együttesen határoz meg. Bizonyos jelek arra utalnak, hogy volt már nagyobb tömegű szuperpozíció, például egy 16 mikrogrammos kristályé – de az csak elhanyagolható, néhány milliomod nanométeres távolságban történt.

Mi jöhet még?

Összetettebb rendszerhez rövidebb hullámhossz társul, így egyre nehezebb lesz megkülönböztetni a kvantumhatásokat a klasszikus jelenségektől. Más szóval, a mostani siker szinte lehetetlennek tűnt még 15 éve. Most azonban a csapat biológiai minták – például vírusok – kvantumos „szétdarabolásán” dolgozik; bár a vírusok érzékenyebbek, és könnyebben szétesnek, már egy hajszálra vagyunk a biológiai Schrödinger-macskától. Egy vírus elvileg nem élőlény, de az ilyen kísérlet mégis új dimenziót nyitna a kvantumfizikában, hiszen a biológiai anyagok világa új magyarázatokat követel.

2025, adminboss, www.scientificamerican.com alapján