Pendant longtemps, on a cru que les lois de la mécanique quantique ne s'appliquaient qu'aux objets minuscules comme les photons. Cependant, les physiciens ont prouvé que de très grands corps (selon les normes du monde moléculaire) peuvent obéir à ces règles.
Vous avez probablement entendu plus d'une fois sur l'expérience de pensée qui a été formulée par le physicien autrichien Erwin Schrödinger - la même avec un chat, une boîte et un isotope radioactif. Selon les conditions expérimentales, un chat peut être simultanément mort et non mort, c'est-à-dire qu'il se trouve dans un état d'une sorte d'incertitude quantique - "superposition". Eh bien, les scientifiques n’ont pas mis les chats dans des boîtes, ils ont juste mené la même expérience avec une énorme molécule de 2000 atomes.
La superposition quantique a été testée d'innombrables fois sur de petits systèmes, et les physiciens ont montré avec succès que des particules individuelles peuvent se trouver à deux endroits en même temps. Mais à une échelle similaire, ce genre d'expérience n'a jamais été fait auparavant.
Cette expérience permet aux chercheurs d'affiner les hypothèses de la mécanique quantique et de mieux comprendre comment cette mystérieuse branche de la physique fonctionne réellement - ainsi que comment les lois de la mécanique quantique se combinent avec les lois plus traditionnelles et à plus grande échelle de la physique classique. «Nos résultats montrent un excellent accord avec la théorie quantique et ne peuvent être expliqués en termes de physique classique», affirment les chercheurs dans leur article.
En particulier, la nouvelle recherche inclut l'équation de Schrödinger, qui décrit comment même des particules individuelles peuvent se comporter comme des ondes et apparaître à plusieurs endroits en même temps. La façon la plus simple de décrire leur interaction est comme des ondulations dans un étang dans lequel vous avez jeté plusieurs pierres à la fois.
Pour prouver leur hypothèse, les scientifiques ont mis en place une expérience avec deux fentes - une expérience bien connue des physiciens quantiques. Il consiste généralement à projeter des particules individuelles de lumière (photons) à travers deux fentes. Si les photons agissaient simplement comme des particules, la projection de lumière résultante de l'autre côté ne montrerait qu'une seule bande. Mais en réalité, la lumière projetée de l'autre côté montre un motif d'interférence - de nombreuses bandes qui interagissent comme des ondes. Comme vous pouvez le voir, la preuve ne nécessite même pas de matériel extrêmement sensible.
Schéma d'expérimentation.
Il nous semble que les photons sont à deux endroits en même temps, comme le chat de Schrödinger. Mais, comme beaucoup de gens le savent, un chat est dans deux états jusqu'à ce qu'il ait un observateur extérieur. Lorsque la boîte est ouverte, l'état du chat devient certain - il est vivant ou mort.
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C'est la même chose avec les photons. Dès que la lumière est mesurée ou observée directement par une personne, la superposition disparaît et l'état du photon est fixé. C'est l'un des principaux mystères au cœur de toute mécanique quantique.
Les chercheurs ont répété l'expérience avec deux fentes, mais au lieu d'utiliser des photons, ils ont utilisé des électrons, des atomes et de petites molécules. Mais maintenant, les physiciens ont montré que les énormes molécules obéissent aux mêmes règles! L'équipe a utilisé d'énormes assemblages d'atomes constitués de 2 000 «parties» pour créer des motifs d'interférence quantique comme s'ils se comportaient comme des ondes et se trouvaient à plus d'un endroit à la fois.
Ces molécules colossales sont appelées «oligoteraphénylporphyrines enrichies en chaînes fluoroalkylsulfanyle», et certaines d'entre elles avaient 25 000 fois la masse des atomes d'hydrogène. Mais à mesure que la taille des molécules augmente, elles deviennent également moins stables, raison pour laquelle les scientifiques n'ont pu interférer avec elles que pendant sept millisecondes à la fois en utilisant un équipement nouvellement développé - un interféromètre onde-matière. Même des facteurs tels que la rotation de la Terre et l'attraction gravitationnelle des atomes eux-mêmes devaient être pris en compte. Eh bien, le travail en valait la peine.
Nous savons maintenant que les règles de la mécanique quantique s'appliquent non seulement aux objets minuscules comme les photons, mais aussi à des corps beaucoup plus grands. Le record précédent était une molécule de seulement 800 atomes - on croyait que c'était la limite après laquelle, au lieu des lois de la physique quantique, les lois de la physique classique commencent à fonctionner. Mais ce n'est pas la fin: l'équipe est convaincue que très bientôt elle pourra établir un nouveau record.
Vasily Makarov
