دو هزار گربه شرودینگر رکورد بزرگترین برهم‌نهی کوانتومی را شکستند

دنیای ماشین های کوانتومی با ذره هایی که می توانند در آن واحد دو حالت داشته و در فواصل طولانی در هم تنیدگی داشته باشند، برای ما که در دنیای فیزیک کلاسیک زندگی می کنیم گیج کننده است. در حالی که مرز بین این دو جهان هنوز به صورت دقیق مشخص نشده، دانشمندان با آزمایشی جدید آنرا از قبل هم مبهم تر کرده اند.

محققان در این پروژه از نسخه پیشرفته آزمایشی به نام «شکاف دوگانه» استفاده کرده‌اند که در دو قرن گذشته بارها و بارها محک خورده است. همین آزمایش شکاف دوگانه باعث شد دانشمندان به طبیعت دو گانه نور به عنوان موج و ذره پی ببرند.

در این آزمایش باریکه نور را روی صفحه‌ای با دو شکاف تابانده و رفتار آن روی یک پرده بررسی می شود. اگر نور تنها از ذره تشکیل شده باشد باید پرتوی روی پرده شکل و ابعاد مشابه شکاف داشته باشد اما رفتار موجی نور باعث می شود نورهای رد شده با هم تداخل پیدا کرده و نوارهایی تاریک روشن روی پرده ایجاد کنند.

نکته عجیب اینجاست که حتی در صورت انجام این آزمایش با فوتون های مجزا همان الگوهای تداخلی روی پرده شکل می بندند. این مفهوم به عنوان برهم نهی (superposition) شناخته می شود که مشهورترین مثال آن «گربه شرودینگر» است. توضیح ابتدایی این مثال این است که گربه ای همراه با منبعی پرتوزا، سیانور و یک چکش درون جعبه قرار داده شده که زنده یا مرده بودن آن مشخص نیست. بنابرین گربه در هر دو حالت درون جعبه قرار دارد تا زمانی که ما آنرا باز کرده و با پی بردن به شرایط گربه این برهم نهی را از بین ببریم.

ظاهرا برهم نهی تنها در محدود کوانتوم اعمال می شود. به عبارت دیگر هرچه ابعاد اشیاء بزرگتر شود، احتمال روی دادن برهم نهی کاهش می یابد، تا جایی که در دنیای ماکروسکوپی ما عملا از بین می رود. حتی برهم نهی گربه شرودینگر هم به فروپاشی یا عدم فروپاشی اتم پرتوزای درون جعبه وابسته است.

سوال این است که بزرگترین شی تابع قوانین کوانتومی کدام است؟ دانشمندان دانشگاه وین با انجام آزمایش شکاف دوگانه به یافتن پاسخ این سوال نزدیکتر شده اند. تا کنون بزرگترین مولکول هایی که در این آزمایش بکار رفته اند، شامل ۸۰۰ اتم بوده اند اما اتریشی ها اینبار مولکول هایی متشکل از ۲ هزار اتم را در آزمایش مذکور محک زده اند.

این مولکول ها به صورت ویژه به گونه طراحی شده بودند که علی رغم ابعاد بزرگ هنوز هم امکان تاباندن آنها به سوی شکاف دوگانه در قالب پرتوی مولکولی وجود داشته باشد. سنجش نتیجه آزمایش نیازمند طراحی یک تداخل سنج موج-ماده جدید با خط مبنای ۲ متری بود.

نتایج آزمایش حاکی از وجود این مولکول ها در حالت برهم نهی کوانتومی و تداخل با هم در بازه های ۷ میلی ثانیه ای است. این دستاورد مرز بین دنیای ماکروسکوپی و قلمروی کوانتوم را بیش از پیش به هم نزدیک می کند. هدف بعدی این تیم تکرار آزمایش با سوژه های بزرگتر است.