10.07 本次量子實驗中,2000原子同時存在於兩個地方

新的實驗以前所未有的規模從雙縫實驗中證明了一種奇異的量子效應。分子可以同時出現在兩個地方,這要歸功於量子物理學。

科學家們早就知道,基於以下幾個事實,理論上是正確的:宇宙中的每一個粒子或一組粒子都是波。大的粒子,甚至細菌甚至人類,甚至行星和恆星……波同時佔據空間中的多個位置。因此,任何物質塊也可以同時佔據兩個位置。物理學家稱這種現象為“量子疊加”,幾十年來,他們已經用小粒子證明了這一點。

但是近年來,物理學家們擴大了實驗規模,用越來越大的粒子來證明量子疊加。現在,自然物理一個國際研究小組已經使由多達2000個原子組成的分子同時佔據兩個位置。

本次量子實驗中,2000原子同時存在於兩個地方

實驗的時候(不是本次實驗),光會通過兩個薄片的狹縫,在薄片後面的牆上形成一個干涉圖案,或一系列光條紋。但是光被理解為無質量波,不是由粒子組成的東西,所以這並不奇怪。物理學家們發現,通過薄膜或晶體發射的電子會以類似的方式運轉,就像在衍射材料後面的牆上形成光一樣。

因為物理學家已經知道電子有質量,而且絕對是粒子,所以實驗表明,物質既是單個粒子,也是波。

為了完成本次實驗,研究人員建造了一臺機器,它可以通過一系列帶有多個狹縫的柵格和帶有多個狹縫的薄片來激發分子束(也被稱為氟烷基碸鏈四苯基卟啉,約為一個簡單氫原子質量的25000多倍)。橫樑長約2米,科學家們在論文中寫道,這足夠大,在設計光束髮射器時必須考慮到重力和地球自轉等因素。為了進行量子物理實驗,他們還讓分子保持相當的溫度。

但是,當研究人員打開機器時,光束遠端的探測器顯示出了一種干擾模式。這些分子同時佔據了空間中的多個點。研究人員寫道,這是一個令人興奮的結果,證明量子干涉的規模比以往任何時候都要大。


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