Физики показали квантовое поведение крупных металлических наночастиц
Ученые из Вены и Дуйсбурга-Эссена впервые зафиксировали квантовые свойства у металлических наночастиц, состоящих из тысяч атомов. В эксперименте кластеры натрия вели себя как волны и частицы одновременно, а полученные результаты могут пригодиться для сверхточных сенсоров.
Квантовый эффект у наночастиц
Исследователи изучали кластеры натрия размером около 8 нанометров — примерно как современные транзисторы. Каждый такой объект содержал от 5 до 10 тысяч атомов и по массе превышал 170 тысяч атомных единиц, то есть был тяжелее большинства белков.
Несмотря на это, частицы проявили поведение, характерное для квантового мира. Как отметил ведущий автор исследования, аспирант Венского университета Себастьян Педалино, «интуитивно кажется, что такой крупный металлический объект должен вести себя как обычная классическая частица. Но интерференция показывает, что квантовая механика работает и на этом масштабе».
Как провели эксперимент
Для опыта кластеры натрия охладили и направили через систему из трех дифракционных решеток, созданных ультрафиолетовыми лазерами. Первый лазер перевел частицы в состояние квантовой суперпозиции, при котором объект может находиться сразу в нескольких возможных положениях.
Затем разные траектории частицы наложились друг на друга и дали интерференционную картину — полосы, типичные для волнового поведения. Ученые сравнили этот эффект с мысленным экспериментом Шредингера, где кот одновременно жив и мертв до момента наблюдения.
Зачем это нужно
Авторы работы считают эксперимент одним из самых строгих тестов квантовой механики для сравнительно крупных объектов. По их оценке, уровень проверки теории примерно на порядок выше, чем в предыдущих подобных опытах.
Помимо фундаментальной физики, исследование может иметь и прикладное значение. Созданный интерферометр способен измерять чрезвычайно слабые силы порядка 10⁻²⁶ ньютона, что открывает путь к сверхточным сенсорам и новым нанотехнологиям.В будущих исследованиях команда планирует изучить еще более крупные частицы и дополнительные материалы, что потенциально позволит значительно повысить точность этих экспериментов. Ожидается, что улучшенная экспериментальная инфраструктура и модернизированное оборудование позволят проводить еще более точные измерения.
Источник: hi-tech.mail.ru