Massive partikler tester standard kvanteteori

I kvantemekanikken kan partikler opføre sig som bølger og tage mange veje gennem et eksperiment. Det kræver kun kombinationer af par af stier, i stedet for tre eller flere, at bestemme sandsynligheden for, at en partikel ankommer et sted. Forskere ved universiteterne i Wien og Tel Aviv har adresseret dette spørgsmål for første gang eksplicit ved at bruge bølgeinterferensen af ​​store molekyler bag forskellige kombinationer af enkelt, dobbelt, og tredobbelte slidser.

Kvantemekanik beskriver, hvordan stof opfører sig på de mindste masse- og længdeskalaer. Imidlertid, fraværet af kvantefænomener i vores daglige liv har udløst en søgen efter minimale ændringer af kvantemekanikken, hvilket måske kun er mærkbart for massive partikler. En kandidat er at søge efter såkaldt interferens af højere orden. I standard kvantemekanik, interferensmønsteret, der er et resultat af et vilkårligt antal ikke-samvirkende åbne veje, kan altid beskrives ved alle kombinationer af par af veje. Ethvert tilbageværende mønster ville skyldes interferens af højere orden og være en mulig indikator for ny fysik.

Mens denne regel er blevet testet før med lys og mikrobølgestråling, forskere ved universiteterne i Wien og Tel Aviv har nu for første gang kørt et dedikeret eksperiment med massive molekyler. "Idéen har været kendt i mere end tyve år. Men først nu har vi de teknologiske midler til at samle alle komponenterne og bygge et eksperiment, der er i stand til at teste det med massive molekyler, siger Christian Brand, en af ​​forfatterne til undersøgelsen.

Multi-slit stof bølgediffraktion

I deres eksperimenter på universitetet i Wien, forskere fra Quantum Nanophysics Group ledet af Markus Arndt forberedte komplekse organiske molekyler som stofbølger. Dette blev opnået ved at fordampe dem fra en mikron-størrelse i højvakuum og lade dem udvikle sig frit i nogen tid. Efter et stykke tid, hvert molekyle delokaliseret, spredes over mange steder på én gang. Dette betyder, at når hvert molekyle støder på en maske, der indeholder flere spalter, den kan krydse mange af spalterne parallelt. Ved omhyggeligt at sammenligne positionen af ​​molekyler, der ankommer til detektoren bag en kombination af enkelt-, dobbelt- og tredobbelte spalter var de i stand til at sætte grænser for ethvert flervejsbidrag.

Nanofabrikationsaktiverende teknologi

En afgørende komponent i eksperimentet er masken - en ultratynd membran, hvori rækker af enkelt-, dobbelt- og tredobbelte slidser blev fremstillet. Det blev designet og fremstillet af Yigal Lilach og Ori Cheshnovsky ved Tel Aviv Universitet. De skulle konstruere en diffraktionsmaske, hvor den maksimale afvigelse i spaltedimensionerne ikke var meget større end størrelsen af ​​de molekyler, den diffrakterede. Masken blev integreret i Wien-laboratoriet, og forskerne undersøgte en bred vifte af molekylære hastigheder i samme eksperimentelle kørsel. For dem alle, forskerne fandt, at interferensmønsteret fulgte forventningerne fra standard kvantemekanik med en øvre grænse for afvigelsen på mindre end en partikel ud af hundrede. "Dette er første gang en eksplicit test af denne art er blevet udført med massive partikler", siger Joseph Cotter, den første forfatter til denne publikation. "Tidligere test har rykket grænserne med enkelte fotoner og mikrobølger. I vores eksperiment, vi sætter grænser for interferens af højere orden af ​​massive objekter."

Undersøgelsen er publiceret i Videnskabens fremskridt .