Grudka metalu z 10 000 atomów znalazła się jednocześnie w dwóch miejscach

Fizycy wprowadzili cząstkę metalu zbudowaną z nawet 10 000 atomów w stan, w którym zajmowała jednocześnie dwa nieco oddalone od siebie położenia. Klaster ledwie jest widoczny — ma około ośmiu nanometrów — ale jest znacznie większy i znacznie cięższy od wszystkiego, co dotąd umieszczono w zweryfikowanej superpozycji kwantowej. Po raz pierwszy podręcznikowa dziwność, zwykle zarezerwowana dla pojedynczych atomów i małych cząsteczek, została pokazana na prawdziwym kawałku stałego metalu.

Superpozycja kwantowa to sytuacja, w której cząstka zachowuje się — dopóki pozostaje odseparowana od otoczenia — tak, jakby znajdowała się w więcej niż jednym miejscu naraz. Popularnym obrazem jest kot Schrödingera, ale laboratoryjna wersja jest bardziej powściągliwa i wymowniejsza: cząstkę przepuszcza się przez precyzyjny układ przeszkód i obserwuje wzór, w jakim ląduje. Jeśli interferuje sama ze sobą, była po drodze w dwóch miejscach. Jeśli nie, zachowała się jak obiekt klasyczny.

Użyte klastry sodowe ważą ponad 170 000 jednostek masy atomowej, co plasuje cząstkę o około rząd wielkości powyżej najcięższego dotąd obiektu wprowadzonego w taki stan. Rozciągłość superpozycji była dziesiątki razy większa niż same cząstki — reżim, który fizycy opisują wielkością zwaną makroskopowością, w której nowy wynik osiąga μ = 15,5.

Może Ci się spodobaćŚwiatło zawsze ukrywało wszechświat 48 wymiarów

Eksperyment przeprowadziły grupy z Uniwersytetu Wiedeńskiego i Uniwersytetu Duisburg-Essen. Pierwszym autorem jest doktorant Sebastian Pedalino, a kierownikami naukowymi Markus Arndt, Stefan Gerlich i Klaus Hornberger. Technika nazywa się interferometrią fal materii w polu bliskim. Trzy siatki dyfrakcyjne utworzone z wiązek lasera ultrafioletowego pełnią rolę przeszkód. Klastry przechodzą przez nie kolejno, a sposób, w jaki zbierają się na detektorze, mówi zespołowi, czy każdy przeleciał jak fala — w dwóch miejscach naraz — czy jak zwykła cząstka.

Celem eksperymentu nie jest umożliwienie nowej technologii. Celem jest dalsze przesuwanie granicy, na której mechanika kwantowa została sprawdzona i na której mogłaby się załamać. Wszystkie przewidywania teorii dotąd się utrzymały, ale teoria nie mówi nic o tym, dlaczego klasyczne obiekty codzienności nigdy nie wydają się być w dwóch miejscach naraz. Rozszerzanie reżimu na cięższe i bardziej złożone obiekty zaostrza to pytanie, a ewentualne załamanie interferencji przy określonej skali masy byłoby bezpośrednim dowodem na nową fizykę.

Wynik ma ograniczenia. Sygnał interferencyjny pojawia się tylko w głęboko ultrazimnych temperaturach i tylko przez około jedną setną sekundy swobodnego lotu przez aparaturę, zanim gaz resztkowy, promieniowanie i ruchy termiczne zniszczą koherencję. Rozmiary klastrów wciąż są mikroskopowe według codziennych miar. Eksperyment opiera się też na założeniach dotyczących siatek świetlnych i źródła klastrów, których zespół musi bronić przed alternatywnymi interpretacjami — to jedna z rzeczy, którą sprawdziła recenzja.

W porównaniu z miejscem, w którym dziedzina była dwie dekady temu, kiedy po raz pierwszy pokazano interferencję na 60-atomowej cząsteczce węgla zwanej buckyballem, obecny wynik jest wyrazisty. Skok masy to około dwa rzędy wielkości ponad tamte pierwsze demonstracje, a makroskopowość znajduje się porównywalnie wyżej. Każdy krok w stronę obiektów rozmiarów i złożoności wirusa albo żywej komórki jest też krokiem w stronę punktu, w którym intuicja przestaje być użytecznym przewodnikiem.

Praca ukazała się w maju 2026 roku w Nature. Zespoły z Wiednia i Duisburga-Essen podały, że następny etap będzie celował w jeszcze większe cząstki i inne składy materiałów — naturalny szczebel w tej linii eksperymentów — oraz sprawdzą, czy technika fal materii może pełnić rolę precyzyjnego czujnika sił i właściwości w skali nanometrów.

Więcej podobnych

Naprężeniowo inżynierowane filmy La₃Ni₂O₇ osiągają nadprzewodnictwo 40K bez ekstremalnego ciśnienia

Architektura subiektywności: granice między materią a ludzkim wspomnieniem

Teleskop Webba zmapował 164 000 galaktyk i odsłonił sieć kosmiczną młodego wszechświata

Śpiący mózg odtwarza złe wspomnienia z większą precyzją niż dobre

Webb znalazł galaktykę kilkukrotnie cięższą od Drogi Mlecznej, która prawie się nie obraca

Myszy z genem golca piaskowego żyły o 4,4 % dłużej i z mniejszym stanem zapalnym