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2019-11-07 15:50:25

一次在两个地方出现2000个原子

导读 维也纳大学的科学家与巴塞尔大学合作,在一项新研究中对量子叠加原理进行了前所未有的大规模测试。由近两千个原子组成的热的复杂分子进入量

维也纳大学的科学家与巴塞尔大学合作,在一项新研究中对量子叠加原理进行了前所未有的大规模测试。由近两千个原子组成的热的复杂分子进入量子叠加,并产生干涉。通过确认这种现象-用理查德·费曼(Richard Feynman)的话来说就是“量子力学的心脏”-在新的规模上,对量子力学替代理论的约束得到了改善。这项工作将发表在《自然物理学》上。

量子到古典?

叠加原理是量子理论的标志,它起源于量子力学的最基本方程之一-薛定er方程。它在波动函数的框架内描述了粒子,就像池塘表面的水波一样,粒子可能表现出干扰效应。但是与水波不同,水波是许多相互作用的水分子的集体行为,而量子波也可以与孤立的单个粒子关联。

粒子的波动性质最优雅的例子也许是双缝实验,在该实验中,粒子的波动函数同时通过两个缝隙并发生干涉。这种效应已经在光子,电子,中子,原子甚至分子上得到了证明,并且提出了一个问题,即自量子力学诞生以来,物理学家和哲学家就一直在努力:这些奇怪的量子效应如何过渡到经典世界中,我们都很熟悉

实验方法

Markus Arndt及其团队在维也纳大学进行的实验以最直接的方式解决了这个问题,即显示了对越来越大的物体的量子干涉。最近实验中的分子质量大于25,000原子质量单位,是以前记录的几倍。通过干涉仪发送的最大分子之一C707H260F908N16S53Zn4,由40,000多个质子,中子和电子组成,其德布罗意波长小于甚至单个氢原子直径的一千倍。巴塞尔大学的马塞尔·马约尔(Marcel Mayor)和他的团队使用特殊技术合成了足够稳定的大分子,从而可以在超高真空下形成分子束。

替代量子模型和宏观性

一类旨在调和从量子态到经典态的表观过渡的模型预测,粒子的波函数以与质量平方成比例的速率自发坍塌。通过实验表明在给定的时间长度内重粒子保持了叠加,因此直接限制了这种崩溃过程的频率和定位范围。在这些实验中,分子停留在叠加状态的时间超过7毫秒,足以在替代量子模型上设置新的干涉边界。

一种被称为宏观性的广义度量用于对此类实验以及Fein等人的实验排除掉替代模型的程度进行分类。在《自然物理学》上发表的论文确实代表了宏观上数量级的增加。费恩说:“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。我对未来的实验将在更大的规模上进行测试感到乐观。”量子与古典之间的界线一直变得越来越模糊。