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实验表明包含多达2000个原子的大分子可以同时存在于两个位置

发表日期:2019-10-08 12:26文章编辑:浏览次数: 标签:    

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  量子力学世界中的粒子可以同时存在于两个位置,也可以彼此相距很远,而这让我们生活在古典物理学的宏观世界中感到恐怖。但是,两者之间的确切界限仍然是一个谜。现在,物理学家比以往任何时候都更加模糊了这条线,一项新的“双缝实验”表明,包含多达 2000 个原子的大分子可以同时存在于两个位置。

  实验听起来很简单,光被射向一个表面,该表面上切有两个狭缝,光在其后面的另一个表面最终投射到该表面上。如果光仅由常规粒子组成,则后表面上的图案将仅以狭缝的形状和大小出现。但是,结果却显示光波像水面的涟漪一样互相反射,在表面形成一种类似于虎纹的图案。

  最奇怪的是,即使对单个光子(或光粒子)进行实验,也会出现相同的条纹图案。不知何故,这些光子似乎并没有像预期的那样走固定的一条路,而是一次遍历所有光子并互相干扰。

  这种现象称为量子叠加,最著名的就是薛定谔的猫。在这个思想实验中,隐藏在盒子里的猫既没有生也没有死,而是同时存在。直到当盒子被打开时,这种叠加塌陷成一种状态或另一种状态。

  出于同样的原因,如果在上述实验的狭缝处设置检测器,以便他们测量光所走的路径,则条纹图案会消失,度量结果的模糊性会在得到评估后立即消除。

  但是叠加似乎仅适用于量子领域 - 随着物体变大,这种现象的发生会变得越来越困难,而当达到宏观尺度时,它似乎完全消失了。甚至薛定谔的猫思想实验也需要建立量子链接-传说中的盒子中也有一个放射性原子,而猫的存活取决于原子是否衰变。

  那么极限在哪里?一次可以放在两个地方的最大物体是什么?维也纳大学和巴塞尔大学的科学家在对迄今测试的最大分子进行了双缝实验后,现在更接近答案了。

  先前的记录涉及包含 800 多个原子的分子,但是最新研究小组成功地将其扩展到 2000 个原子。

  研究人员专门设计了质量大但仍足够稳定的分子,可以在双缝隙处发射,在超高真空下形成分子束。测量最终结果需要使用基线为 2m(6.6 ft)的新设计的物质波干涉仪。

  果然,实验发现这些分子以量子叠加状态存在,并且像波纹一样相互干扰,每次长达 7 毫秒。这使边界比以往任何时候都更接近我们的宏观世界,从而模糊了量子物理学与经典物理学之间的界线。

  研究的主要作者 Yaakov Fein 表示:“我们的实验表明,量子力学及其所有奇特的特性也非常强大,我很乐观,未来的实验将对它进行更大规模的测试。”

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日期:2019-09-11 浏览次数:83