«Кошка Шрёдингера» выросла: учёные подтянули квантовые явления до размеров транзисторов

Учёные не могут точно сказать, где заканчивается классическая физика и начинается квантовая. Квантовые свойства подтверждены для элементарных частиц — электронов и атомов, а также для отдельных молекул. А знаменитый двухщелевой эксперимент со светом (фотонами) был поставлен ещё в 1801 году, когда до формулирования постулатов квантовой механики оставалось около ста лет. Но чудеса не закончились, квантовый мир снова удивил, расширив свои границы.

Учёные из Венского университета (University of Vienna) поставили аналог двухщелевого опыта для относительно крупных частичек металла, которые при ином раскладе нельзя было заподозрить в обладании квантовыми свойствами. Тем не менее, эксперимент показал, что наночастицы натрия размерами около 8 нм, что сравнимо с элементами современных транзисторов, одновременно могут находиться «и здесь, и там», проявляя волновую интерференцию, как те же фотоны в двухщелевом опыте Юнга 225-летней давности.

Исследователи подготовили кластеры из 5 000–10 000 охлаждённых атомов натрия диаметром около 8 нм и массой более 170 000 а.е.м. (атомных единиц массы), что, например, существенно превышает массу большинства белков. Эти частицы пропускали через набор из трёх дифракционных решёток, сформированных ультрафиолетовыми лазерными лучами в виде стоячих волн, чтобы создать суперпозицию возможных траекторий. В результате в конце установки возникла чёткая интерференционная картина, что стало прямым признаком того, что волновая функция центра масс этих наночастиц распространялась по нескольким путям одновременно. Все наблюдения, как и положено, математически подтверждены в рамках квантовой механики.

Наблюдаемое в эксперименте явление учёные часто называют «состоянием кошки Шрёдингера», поскольку частица в квантовой суперпозиции, по сути, находится одновременно в разных местах до момента регистрации. Аналогия с мысленным экспериментом Эрвина Шрёдингера подчёркивает, что квантовые явления могут проявлять себя также в макроскопическом мире. Очевидно, что законы квантовой механики продолжают действовать и в новых масштабах, границы которых учёные только что расширили примерно в 10 раз по сравнению с предыдущими экспериментами в этой области. Вероятно, это не предел. И это же путь к использованию в будущем квантовых явлений с практической пользой.