Jättemolekyler kan finnas på två platser samtidigt, tack vare kvantfysik.
Det är något som forskare länge har känt är teoretiskt sant baserat på några fakta: Varje partikel eller grupp av partiklar i universum är också en våg - till och med stora partiklar, till och med bakterier, till och med människor, till och med planeter och stjärnor. Och vågor upptar flera platser i rymden på en gång. Så varje bit av materien kan också ta två platser samtidigt. Fysiker kallar detta fenomen "kvantsuperposition", och i årtionden har de visat det med hjälp av små partiklar.
Men de senaste åren har fysiker skalat upp sina experiment och visat kvantens superposition med större och större partiklar. Nu, i ett papper som publicerades 23 september i tidskriften Nature Physics, har ett internationellt forskargrupp förorsakat molekyler som består av upp till 2 000 atomer i två platser samtidigt.
För att dra av det byggde forskarna en komplicerad, moderniserad version av en serie berömda gamla experiment som först visade kvantens superposition.
Forskare hade länge vetat att ljus, avfyrt genom ett ark med två slitsar i det, skulle skapa ett störningsmönster, eller en serie ljusa och mörka fransar, på väggen bakom lakan. Men ljuset förstod som en masslös våg, inte något av partiklar, så detta var inte förvånande. I en serie berömda experiment under 1920-talet visade fysiker emellertid att elektroner som avfyrades genom tunna filmer eller kristaller skulle bete sig på liknande sätt och bilda mönster som ljus gör på väggen bakom det diffraherande materialet.
Om elektroner helt enkelt var partiklar, och så bara kunde uppta en punkt i rymden åt gången, skulle de bilda två remsor, ungefär formen på slitsarna, på väggen bakom filmen eller kristallen. Men istället träffade elektronerna den väggen i komplexa mönster som tyder på att elektronerna hade stört sig själva. Det är ett tydligt tecken på en våg; på vissa platser sammanfaller vågornas toppar, vilket skapar ljusare regioner, medan på andra platser sammanfaller topparna med dalar, så de två avbryter varandra och skapar en mörk region. Eftersom fysiker redan visste att elektroner hade massa och definitivt var partiklar visade experimentet att materien fungerar både som enskilda partiklar och som vågor.
Men det är en sak att skapa ett interferensmönster med elektroner. Att göra det med jätte molekyler är mycket svårare. Större molekyler har mindre lätt detekterade vågor, eftersom mer massiva objekt har kortare våglängder som kan leda till knappt märkbara interferensmönster. Och dessa 2000-atompartiklar har våglängder mindre än diametern för en enda väteatom, så deras interferensmönster är mycket mindre dramatisk.
För att dra av det dubbelslitsade experimentet för stora saker, byggde forskarna en maskin som kunde avfyra en stråle av molekyler (hulking saker som kallas "oligo-tetrafenylporfyriner berikade med fluoroalkylsulfanylkedjor", mer än 25 000 gånger massan av en enkel väteatom ) genom en serie galler och ark med flera slitsar. Strålen var cirka 2 meter lång. Det är tillräckligt stort för att forskarna måste redogöra för faktorer som tyngdkraften och jordens rotation vid utformningen av strålavgivaren, skrev forskarna i tidningen. De höll också molekylerna ganska varma för ett kvantfysiksexperiment, så de var tvungna att redovisa för värme som skingrade partiklarna.
Men ändå, när forskarna slog på maskinen, avslöjade detektorerna längst upp i strålen ett störningsmönster. Molekylerna ockuperade flera punkter i rymden på en gång.
Det är ett spännande resultat, skrev forskarna och bevisade kvantinterferens i större skalor än någonsin tidigare upptäckts.
"Nästa generation materievågsexperiment kommer att pressa massan efter en storleksordning", skrev författarna.
Så ännu större demonstrationer av kvantinterferens kommer, även om det förmodligen inte kommer att vara möjligt att skjuta dig själv genom en interferometer när som helst snart. (Först och främst skulle vakuumet i maskinen förmodligen döda dig.) Oss jättedjur måste bara sitta på ett ställe och titta på partiklarna ha kul.
