Största Molekylerna Har Likväl Som Vågor I Kvant-Dubbel-Slits Experiment

{h1}

Forskare har observerat den spooky quantum-effekten av "vågpartikelduality" i molekyler som innehåller upp till 114 atomer som passerar genom det klassiska dubbelspridningsexperimentet.

Ett av de mest kända experimenten i kvantfysik, som först visade hur partiklar kan bizarre uppträda som vågor, har nu utförts på de största molekylerna någonsin.

Forskare har skickat molekyler som innehåller antingen 58 eller 114 atomer genom det så kallade "dubbelskaliga experimentet", vilket visar att de orsakar ett interferensmönster som bara kan förklaras om partiklarna fungerar som vågor i stället för små marmor.

Forskare sa att det inte var en förutse slutsats att sådana stora partiklar skulle agera på detta sätt.

"På ett sätt är det lite överraskande, för det här är mycket komplexa och även flexibla molekyler, de ändrar sin form medan de flyger genom apparaten", säger Markus Arndt från Wien universitet i Österrike, en medordförande för projektet. "Om du pratar med samhället, kanske 50 procent skulle säga att det här är normalt eftersom det är kvantfysik, och de andra 50 procenten skulle verkligen skrapa huvudet eftersom det är kvantfysik."

Faktum är att det dubbla spridningsexperimentet, en av grunden för kvantfysiken, röstades som det "vackraste experimentet" någonsin i en undersökning av fysikvärldens läsare från 2002.

Vackert experiment

Experimentet utfördes först i början av 1800-talet av engelska forskaren Thomas Young i ett försök att ta reda på om ljus är en våg eller en samling små partiklar. [Grafik: Naturens minsta partiklar förklaras]

Unga skickade en ljusstråle genom en tallrik med två parallella slitsar avskurna. När ljuset ramlade en skärm bakom plattan, skapade den ett mönster av mörka och ljusa band som bara är meningsfullt om ljuset är en våg, med kammen (höga punkter) och tråg (låga punkter). När de två vågorna överlappar varandra skapar de en särskilt ljus patch, men när en vapen och ett överlapp överlappar varandra, avbryter de varandra och lämnar ett mörkt utrymme.

Resultaten av experimentet visade att ljuset beter sig som en våg och motbevisade den populära ideen från 1700-talet och 1800-talet att ljus gjordes av små diskreta partiklar. I 1905 visade Einsteins förklaring av den fotoelektriska effekten att förutom att uppträda som vågor verkar ljus också som partiklar, vilket leder till den nuvarande uppfattningen om ljusets "vågpartikel dualitet".

Det dubbla spridningsexperimentet återupptog fysiken igen 1961 då den tyska fysikern Claus Jönsson visade att när elektronerna passerade genom de två slitsarna, skapade de också ett interferensmönster.

Resultaten var chockerande, för om elektroner var enskilda partiklar som troddes skulle de inte producera ett sådant mönster alls - snarare skulle de skapa två ljusa linjer där de hade påverkat skärmen efter att ha passerat genom den ena eller andra slitsarna (ungefär hälften skulle passera genom en slits och resten genom den andra, därmed bygga upp de två linjerna efter att ett antal partiklar hade passerat).

Detta banbrytande experiment befuddled och irked fysiker, som visste från andra test att elektroner också beter sig som partiklar. I slutändan visade det sig att de är på något sätt båda.

"Att se experimentet med två slitsar är som att titta på en total solförmörkelse för första gången: En primitiv spänning passerar dig och de lilla håren på dina armar står upp", skrev astronom Alison Campbell i Skottlands St Andrews University till Physics World. "Du tycker att denna partikelvåg sak är verkligen sant och grunden för din kunskap skift och svaj."

Våg av sannolikhet

Om elektroner var vågor skulle de resa genom båda slitsarna samtidigt, medan partiklarna måste röra sig genom en eller annan slits, tänkte man. Och till och med elektroner saktade ned till den punkt där endast en passerar genom experimentet i en tid lyckas fortfarande störa varandra. Hur kan det vara såhär?

Det tog den moderna teorin om kvantmekanik att förklara resultaten genom att föreslå att partiklar existerar i ett osäkerhetsläge, snarare än vid en bestämd tid och plats, tills vi observerar dem och tvingar dem att välja. Sålunda behöver partiklarna som går genom plattan inte välja spår A eller spalt B; i själva verket reser de genom båda.

Detta är ett sätt på vilket partiklarna i den lilla kvantvärlden beter sig konstigt, avviker från den förståeligt makroskopiska, klassiska världen av människor och byggnader och träd. Men forskare har undrat var gränsen mellan de två är, och om man ens existerar.

"Vissa fysiker argumenterar för att det måste finnas ett objektivt tröskelvärde mellan kvant och klassisk fysik," säger Arndt till WordsSideKick.com. "Det är också förbryllande."

Om det finns en gräns, trycker forskarnas 58- och 114-atommolekyler, som är kopplade till kol, väte och kväve, det.

"Vi är fortfarande i den märkliga situationen att om du tror att kvantefysiken är allt, så är vi alla på en eller annan sätt kvantumanslutna, vilket är svårt att tro. Men det är också svårt att tro att kvantefysiken slutar vid någon tidpunkt. varför grupper som oss försöker öka komplexiteten [av våra molekyler] för att se om det finns ett tröskelvärde vid någon tidpunkt. "

Resultaten av forskningen, ledd av Thomas Juffmann, även vid universitetet i Wien, publicerades 25 mars i tidskriften Nature Nanotechnology.

Du kan följa WordsSideKick.com ledande författare Clara Moskowitz på Twitter @ClaraMoskowitz. För mer vetenskapliga nyheter, följ WordsSideKick.com på twitter @wordssidekick.

Största Molekylerna Har Likväl Som Vågor I Kvant-Dubbel-Slits Experiment


Video Tillägg: How Quantum Biology Might Explain Life’s Biggest Questions | Jim Al-Khalili | TED Talks.




Forskning


'Switchblade' Claw Avslöjar Hur Dino Slogs Och Dödades
'Switchblade' Claw Avslöjar Hur Dino Slogs Och Dödades

Corked Tiger Wine? Ange För Att Vinna Den Här Boken Om Djurlivsmuggling
Corked Tiger Wine? Ange För Att Vinna Den Här Boken Om Djurlivsmuggling

Science News


Kan Dinosaurier Fortfarande Leva Någonstans?
Kan Dinosaurier Fortfarande Leva Någonstans?

Hur Högt Kommer Havsnivån Att Gå 2100?
Hur Högt Kommer Havsnivån Att Gå 2100?

Varför Forskare Rusar För Att Jaga 1,7 Miljoner Okända Virus
Varför Forskare Rusar För Att Jaga 1,7 Miljoner Okända Virus

Flygplansfåglar Slår På Stigande (Infografiska)
Flygplansfåglar Slår På Stigande (Infografiska)

Kön Ökar Lycka Hos Neurotiska Nygifta
Kön Ökar Lycka Hos Neurotiska Nygifta


SV.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Av Material Tillåts Bara Prostanovkoy Aktiv Länk Till Webbplatsen SV.WordsSideKick.com

© 2005–2024 SV.WordsSideKick.com