Исследователи из Венского университета и Дуйсбург-Эссенского университета впервые продемонстрировали квантовое поведение у металлических наночастиц, состоящих из тысяч атомов натрия. Эти частицы размером около 8 нанометров и массой более 170 000 атомных единиц весят больше, чем большинство белков, но все же, как оказалось, подчиняются законам квантовой механики, проявляя волновые свойства.Теоретическую основу эксперимента обеспечили десятилетия работы по ближнепольной интерферометрии, проведенной Клаусом Хорнбергером из Дуйсбург-Эссенского университета.

Для проведения эксперимента ученые создали холодные кластеры натрия, содержащие от 5000 до 10 000 атомов, и направили их через три дифракционные решетки, созданные ультрафиолетовыми лазерами. Первый лазер с высочайшей точностью фиксирует положение частицы, фактически «подготавливая» ее в суперпозиции возможных путей. Когда эти пути снова сходятся, они образуют полосатую интерференционную картину, собранную из самих металлических частиц. Это прямое свидетельство их волновой природы, пишет IE.

«Интуитивно можно ожидать, что такой большой кусок металла будет вести себя как классическая частица, — говорит Себастьян Педалино, ведущий автор исследования. — Тот факт, что он все еще интерферирует, показывает, что квантовая механика справедлива даже в этом масштабе и не требует альтернативных моделей».

Для оценки того, насколько точно эксперимент исследует границы квантовой механики, физики используют понятие макроскопичности. Этот эксперимент достиг значения μ = 15,5, что примерно в десять раз выше, чем у любых предыдущих результатов. Для сравнения: достижение такого же уровня с помощью электронов потребовало бы сохранения квантовой когерентности в течение 100 миллионов лет.

Помимо значения для фундаментальной науки, экспериментальная установка выполняет функцию сверхчувствительного датчика силы, способного регистрировать воздействия порядка 10⁻²⁶ ньютона. В будущем ученые планируют тестировать еще более крупные объекты и новые материалы, продолжая расширять границы применимости квантовой механики в макроскопический мир.

Одно из самых фундаментальных свойств квантовой физики — нелокальность Белла, то есть невозможность объяснения предсказаний квантовой механики через какую-либо классическую теорию. Пару лет назад австрийские ученые показали, что можно полностью сохранить математическую структуру квантовой теории в макроскопическом масштабе.