Дослідники продемонстрували хвильову природу найбільших на даний момент молекул в експерименті по квантовій інтерференції на дифракційній ґратці. Експеримент із квантовою інтерференцією деякі дослідники називають “найкрасивішим” в історії фізики.

У новій роботі експериментатори використали барвник фталоціанін молекулярною масою 514 дальтон (1 дальтон рівний 1/12 маси ізотопа вуглецю ¹²С) і його похідну масою 1298 дальтон. Молекули барвників знаходились на внутрішній стінці вакуумної камери, випаровувалися лазером і направлялися вбік дифракційної ґратки. На ґратці були щілини шириною близько 10 нанометрів, проходячи крізь які, барвник потрапляв на скляне вікно. Зібрані молекули збуджувалися другим лазером, і виникаюча флюоресценція реєструвалася спеціальною камерою. Процес появи та нагромадження флюоресцентних точок експериментатори записали на відео.

У рамках класичної механіки тіла, що ведуть себе як частинки, повинні формувати при проходженні перешкоди рівномірний розподіл. Світло, проходячи крізь ґратку, навпаки, інтерферує і утворює смуги. Хвильова теорія світла розглядає інтерференцію як результат додавання або віднімання кількох (як мінімум двох) хвиль залежно від їхньої фази, що приводить до утворення смуг. У даному експерименті частинки (молекули барвника) утворюються настільки повільно, що проходять крізь ґратку по одній. Утворення інтерференційних хвиль у такому випадку суперечить інтуїції і може пояснюватися лише квантовою інтерференцією їхніх хвильових функцій.

Раніше фізики вже демонстрували квантову інтерференцію на прикладі проходження ґратки електронами, нейтронами, атомами та деякими молекулами. Чим більша маса частинки, тим менша її довжина хвилі і тим складніше виготовити щілини для такого експерименту. Найбільшою молекулою, чия хвильова поведінка продемонстрована у подібному експерименті до теперішнього моменту був фулерен З60 із молекулярною масою 721 дальтон. Фталоціаніни були використані авторами завдяки їхнім флюоресцентним властивостям та стабільності у вакуумі. Також вони застосовуються для виготовлення активного шару CD-R дисків.

Знаменитий вчений Ричард Фейнман вважав, що оригінальний експеримент, який був проведений на електронах, "лежить у серці квантової фізики" і є її "єдиною загадкою".

Робота вчених опублікована у журналі Nature Nanotechnology.

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: lenta.ru