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在前所未有的量子实验中,2000个原子同时存在于两个地方。

一个例子表明,大而复杂的分子像波纹一样在空间中扩散。Yaakov Fein,Universität Wien)

巨型分子可以同时存在于两个地方,这要归功于量子物理学。

这是科学家们早就知道的理论上是正确的,基于几个事实:宇宙中的每一个粒子或粒子群也是一个波,甚至是大粒子,甚至是细菌,甚至是人类众生,甚至行星和恒星。波浪同时占据了空间的多个地方。所以任何物质块也可以同时占据两个位置。物理学家称这种现象为“量子叠加”,几十年来,他们一直用小粒子来演示这种现象。

,但近年来,物理学家扩大了实验规模,用越来越大的粒子来演示量子叠加。现在,在9月23日发表在《自然物理学》杂志上的一篇论文中,一个国际研究团队已经使由多达2000个原子组成的分子同时占据了两个位置。

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来实现它,研究人员构建了一个复杂的、现代化的版本最早证明量子叠加的一系列著名的老实验。

的研究人员早就知道,光通过一个有两个狭缝的薄片,会在薄片后面的墙上产生一个干涉图样,或一系列的光和暗条纹。但光被理解为无质量波,而不是由粒子构成的东西,所以这并不奇怪。然而,在20世纪20年代的一系列著名实验中,物理学家们发现,通过薄膜或晶体发射的电子也会以类似的方式活动,在衍射材料后面的墙上形成类似于光的图案。

如果电子是简单的粒子,那么一次只能占据空间中的一个点,它们会在薄膜或晶体后面的墙上形成两条带,大致是狭缝的形状。但是,相反,电子以复杂的模式撞击那面墙,表明电子干扰了自己。这是波浪的一个信号;在某些地方,波峰重合,形成了更明亮的区域;而在其他地方,波峰与波谷重合,因此两者相互抵消,形成了一个 ... 的区域。因为物理学家已经知道电子有质量,而且肯定是粒子,所以实验表明物质既作为单个粒子又作为波。

一个图解说明了电子,即物质的粒子,在通过一个双狭缝板时,是如何像波一样工作的。(Johannes Kalliauer/CC BY-SA 4.0)

,但创建电子干涉图是一回事。用大分子来做要复杂得多。更大的分子不容易被探测到波,因为更大的物体有更短的波长,这会导致几乎看不到的干扰模式。而这2000个原子粒子的波长小于单个氢原子的直径,所以它们的干涉模式就不那么引人注目了。

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为了完成大事情的双缝实验,研究人员建造了一台可以发射一束分子(称为“富含氟烷基磺酰链的低聚四苯基卟啉”,约为简单氢原子质量的25000倍)通过一系列带有多个狭缝的格栅和薄片。横梁长约6.5英尺(2米)。科学家们在论文中写道,这足够大,研究人员在设计光束发射器时必须考虑重力和地球自转等因素。在量子物理实验中,他们还使分子保持相当的温度,因此他们必须考虑到粒子间的热碰撞。

,但当研究人员打开机器时,光束远端的探测器仍然显示出干涉图样。分子s同时占据了空间的多个点。

这是一个令人兴奋的结果,研究人员写道,证明了比以往任何时候都探测到的更大尺度的量子干涉。

“下一代物质波实验将把质量推高一个数量级,”作者写道。

所以,更大的量子干涉演示即将到来,尽管很可能不可能在短时间内通过干涉仪开火。(首先,机器里的真空可能会 ... 了你。)我们这些巨大的生物只能坐在一个地方,看着粒子们玩得尽兴。

18次的量子粒子让我们大吃一惊这是什么?你的物理问题回答了扭曲的物理:7个令人震惊的发现

最初发表在《生命科学》上。

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