Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Группа физиков из Австрии, Германии, США и Швейцарии наблюдала квантовую интерференцию на примере очень крупных органических молекул
Новый эксперимент во многом напоминает иллюстрирующий принцип корпускулярно-волнового дуализма опыт по интерференции на двух щелях. В ХХ веке последний успешно проводился с использованием самых разных частиц: фотонов, электронов, протонов, атомов. Чуть больше десяти лет назад австрийские учёные наблюдали интерференцию волн де Бройля молекул фуллерена С60, образованного шестьюдесятью атомами углерода и представляющего собой «почти классический» объект.
Молекулы, специально созданные авторами для эксперимента, заметно превосходят С60 по величине. Самая крупная из них составлена из 430 атомов и вырастает до 60 Å, а масса самой тяжёлой, также включающей в себя 430 атомов, равняется 6 910 а. е. м. (1 а. е. м. ≈ 1,66•10–27 кг).
Молекулы, задействованные в опытах: фуллерен С60 массой в 720 а. е. м. (а); C60[C12F25]8 из 356 атомов общей массой 5 672 а. е. м. (b); самая массивная — C60[C12F25]10 (с); C44H30N4 из 78 атомов общей массой 614 а. е. м. (d); 202-атомная C84H26F84N4S4 массой в 2 814 а. е. м. (е); самая крупная — C168H94F152O8N4S4 массой в 5 310 а. е. м. (f). Масштабная полоска — 10 Å. (Иллюстрация из журнала Nature Communications.)
Свойства подготовленных молекул изучались на достаточно сложном интерферометре Капицы — Дирака — Тэлбота — Лоу, в состав которого входят три расположенные друг за другом дифракционные решётки, помещённые в вакуумную камеру. Первая решётка, встающая на пути молекулярного пучка, была построена на основе мембраны из нитрида кремния с проделанными в ней 90-нанометровыми щелями. Роль второго дифракционного элемента, действие которого базируется на эффекте Капицы — Дирака, играла стоячая световая волна. Третья решётка, смещаемая перпендикулярно оси пучка, была также выполнена из нитрида кремния; за ней находился детектор — квадрупольный масс-спектрометр.
Работа такого интерферометра подробно рассматривается здесь.
Молекулы поступали в камеру из обычного термического источника за счёт сублимации вещества. При использовании всех шести видов соединений, обозначенных на рисунке выше, в опыте были зарегистрированы признаки квантовой интерференции.
Исследованные молекулы, таким образом, вполне можно сравнить с кошкой Шрёдингера. Эрвина Шрёдингера занимал вопрос о том, может ли кошка — сложный макроскопический объект — находиться в суперпозиции состояний «живой» и «мёртвой»; в нашем случае суперпозицию будут составлять другие две возможности («все 430 атомов находятся в левом рукаве интерферометра» и «все атомы в правом рукаве»).
Схема интерферометра. G1, G2, G3 — дифракционные элементы. (Иллюстрация из журнала Nature Communications.)
