Le molecole giganti possono trovarsi in due posti contemporaneamente, grazie alla fisica quantistica.
Questo è qualcosa che gli scienziati sanno da tempo è teoricamente vero sulla base di alcuni fatti: ogni particella o gruppo di particelle nell'universo è anche un'onda - anche particelle grandi, persino batteri, persino esseri umani, persino pianeti e stelle. E le onde occupano più posti nello spazio contemporaneamente. Quindi qualsiasi pezzo di materia può anche occupare due posti contemporaneamente. I fisici chiamano questo fenomeno "sovrapposizione quantistica" e per decenni l'hanno dimostrato usando piccole particelle.
Ma negli ultimi anni, i fisici hanno ampliato i loro esperimenti, dimostrando la sovrapposizione quantistica usando particelle sempre più grandi. Ora, in un articolo pubblicato il 23 settembre sulla rivista Nature Physics, un team internazionale di ricercatori ha fatto sì che una molecola composta da un massimo di 2.000 atomi occupasse due posti contemporaneamente.
Per riuscirci, i ricercatori hanno costruito una versione complicata e modernizzata di una serie di famosi vecchi esperimenti che hanno dimostrato per la prima volta la sovrapposizione quantistica.
I ricercatori sapevano da tempo che la luce, sparata attraverso un foglio con due fessure, avrebbe creato un modello di interferenza, o una serie di frange chiare e scure, sul muro dietro il foglio. Ma la luce è stata intesa come un'onda senza massa, non qualcosa fatto di particelle, quindi non è stato sorprendente. Tuttavia, in una serie di famosi esperimenti negli anni '20, i fisici mostrarono che gli elettroni sparati attraverso film sottili o cristalli si sarebbero comportati in modo simile, formando modelli come la luce fa sul muro dietro il materiale diffrattore.
Se gli elettroni fossero semplicemente particelle, e quindi potessero occupare solo un punto nello spazio alla volta, formerebbero due strisce, all'incirca la forma delle fessure, sul muro dietro il film o il cristallo. Ma invece, gli elettroni hanno colpito quella parete in schemi complessi suggerendo che gli elettroni avevano interferito con se stessi. Questo è un segno rivelatore di un'onda; in alcuni punti, i picchi delle onde coincidono, creando regioni più luminose, mentre in altri punti, i picchi coincidono con depressioni, quindi i due si annullano a vicenda e creano una regione scura. Poiché i fisici già sapevano che gli elettroni avevano massa ed erano sicuramente particelle, l'esperimento ha mostrato che la materia agisce sia come singole particelle che come onde.
Ma una cosa è creare un modello di interferenza con gli elettroni. Farlo con molecole giganti è molto più complicato. Le molecole più grandi hanno onde rilevate meno facilmente, perché gli oggetti più massicci hanno lunghezze d'onda più brevi che possono portare a modelli di interferenza appena percettibili. E queste particelle da 2.000 atomi hanno lunghezze d'onda inferiori al diametro di un singolo atomo di idrogeno, quindi il loro schema di interferenza è molto meno drammatico.
Per realizzare l'esperimento a doppia fenditura per grandi cose, i ricercatori hanno costruito una macchina in grado di sparare un fascio di molecole (ingombranti cose chiamate "oligo-tetrafenilporfirine arricchite con catene fluoroalchilsulfanil", più di 25.000 volte la massa di un semplice atomo di idrogeno ) attraverso una serie di grate e fogli con più fessure. Il raggio era lungo circa 6,5 piedi (2 metri). È abbastanza grande che i ricercatori hanno dovuto tenere conto di fattori come la gravità e la rotazione della Terra nel progettare l'emettitore di raggi, hanno scritto gli scienziati nel documento. Hanno anche mantenuto le molecole abbastanza calde per un esperimento di fisica quantistica, quindi hanno dovuto spiegare il calore che spinge le particelle.
Tuttavia, quando i ricercatori hanno acceso la macchina, i rivelatori all'estremità lontana del raggio hanno rivelato uno schema di interferenza. Le molecole occupavano contemporaneamente più punti nello spazio.
È un risultato entusiasmante, hanno scritto i ricercatori, dimostrando l'interferenza quantica su scale più grandi di quanto non fosse mai stato rilevato prima.
"La prossima generazione di esperimenti sull'onda della materia spingerà la massa di un ordine di grandezza", hanno scritto gli autori.
Quindi, stanno arrivando dimostrazioni ancora più grandi di interferenza quantistica, anche se probabilmente non sarà possibile sparare attraverso un interferometro presto. (Prima di tutto, il vuoto nella macchina probabilmente ti ucciderebbe.) Noi esseri giganti dovremo semplicemente sederci in un posto e guardare le particelle divertirsi.
