Rakouským a americkým fyzikům se poprvé podařilo vyfotografovat „pevný“kvantový objekt, skleněnou nanočástici, skládající se ze 100 milionů atomů najednou. Tento úspěch významně rozšiřuje hranice zákonů kvantové mechaniky, o nichž informoval časopis Science s odvoláním na data od výzkumníků.
„Víme, že na atomy a molekuly platí zákony kvantové fyziky, ale nevíme, jak velký může být objekt vykazující kvantové vlastnosti. Chytením nanočástice a spojením s fotonickým krystalem jsme dokázali takové makro izolovat -objekt a studoval jeho kvantové vlastnosti. “uvedli Markus Aspelmeyer, profesor Vídeňské univerzity (Rakousko) a kolegové.
Vědce dlouhodobě zajímá, proč nemůžeme pozorovat fenomén kvantového zapletení - propojení kvantových stavů dvou nebo více částic světla, atomů nebo jiných předmětů, u nichž změna stavu jednoho z nich stav okamžitě ovlivní jiných, ve světě těch předmětů, které můžeme vidět pouhým okem nebo alespoň mikroskopem.
Vědci dnes vysvětlují, proč dvě jablka a další viditelné objekty nelze spojit takovými „podivnými spojeními“, jak jim říkal Einstein, z toho důvodu, že jsou zničeny v důsledku takzvané dekoherence. Podobným způsobem vědci nazývají důsledky interakcí předmětů „zapletených“na kvantové úrovni s atomy, molekulami, jinými shluky hmoty a silami prostředí.
V souladu s touto logikou platí, že čím je předmět větší, tím častěji kontaktuje prostředí a rychleji se rozpadají kvantové vazby, které jej spojují s jinými částicemi a těly. Tato úvaha dala podnět k diskusi o tom, kde kvantová mechanika začíná a končí, zda ovlivňuje chování velkých objektů obecně a zda je možné najít hranici mezi kvantovým mikrokosmem a obyčejným makrokosmem.
Kvantová lednice
Aspelmeyer a jeho kolegové udělali velký krok k rozšíření hranic kvantového světa, experimentovali s nanočásticemi a optickou pastí, sadou několika laserů a čoček, které mohou ve vakuu pojmout drobné úlomky hmoty a ochladit je na teploty blízké absolutní nula.
Tato vlastnost optických pastí, jak vědci vysvětlují, je nesmírně důležitá pro studium kvantových vlastností všech forem hmoty. Důvodem je skutečnost, že při takových teplotách se atomy, molekuly a částice přestávají pod vlivem tepla chaoticky pohybovat a přecházejí do zvláštního stavu, ve kterém na ně působí pouze zákony kvantového světa.
Toho je dost snadné dosáhnout pro jednotlivé atomy a molekuly, stejně jako pro jejich plynné shluky, ale dříve fyzici nedokázali ztuhnout pevné formy hmoty do tohoto bodu. Na začátku loňského roku tento problém vyřešil Aspelmeyer a jeho tým výběrem vlnové délky laserů používaných k „pumpování“optických pastí, ve kterých nanočástice začínají ztrácet energii, rozptylující jejich záření, což vede k jejímu zpomalení a ochlazení.
Po dosažení tohoto úspěchu připravili rakouští a američtí fyzici nanočástice čistého křemičitého skla, umístili jej do tohoto zařízení, ochladili na teplotu blízkou absolutní nule a změřili jeho kvantové vlastnosti. Tato měření potvrdila, že je vyvinula pro několik zlomků mikrosekundy.
Fyzici zatím přiznávají, že to na provádění kvantových experimentů nestačí, ale pokud v budoucnu snížíte hladinu hluku v laserovém záření a zlepšíte provoz pasti jako celku, nanočástice zůstane v kvantovém stavu asi sedm mikrosekund.
Podle vědců bude tentokrát stačit k pozorování toho, jak kvantový makroobjekt „padá“, na který působí gravitační síla. To umožní použít několik takových částic ke studiu gravitačních vln a odhalit povahu „vztahu“gravitace s kvantovým mikrokosmem, který navrhl v roce 1957 slavný americký fyzik Richard Feynman.