يمكن أن تكون الجزيئات العملاقة في مكانين في وقت واحد ، وذلك بفضل فيزياء الكم.
هذا شيء عرفه العلماء منذ فترة طويلة وهو صحيح نظريًا بناءً على بعض الحقائق: كل جسيم أو مجموعة من الجسيمات في الكون هي أيضًا موجة - حتى الجسيمات الكبيرة ، حتى البكتيريا ، حتى البشر ، حتى الكواكب والنجوم. وتحتل الأمواج أماكن متعددة في الفضاء في وقت واحد. لذا فإن أي جزء من المادة يمكن أن يشغل مكانين في وقت واحد. يُطلق الفيزيائيون على هذه الظاهرة اسم "التراكب الكمومي" ، وقد أثبتوها لعقود باستخدام جزيئات صغيرة.
لكن في السنوات الأخيرة ، قام الفيزيائيون بتوسيع نطاق تجاربهم ، موضحين تراكب الكم باستخدام جسيمات أكبر وأكبر. الآن ، في ورقة نشرت في 23 سبتمبر في مجلة Nature Physics ، تسبب فريق دولي من الباحثين في جزيء مكون من 2000 ذرة لاحتلال مكانين في نفس الوقت.
لإنجاز ذلك ، بنى الباحثون نسخة معقدة وحديثة من سلسلة من التجارب القديمة الشهيرة التي أظهرت لأول مرة تراكب الكم.
لطالما عرف الباحثون أن الضوء ، الذي يُطلق من خلال ورقة بها شقين ، سيخلق نمطًا للتداخل ، أو سلسلة من الحواف الفاتحة والداكنة ، على الجدار خلف الورقة. لكن الضوء تم فهمه على أنه موجة بلا كتلة ، وليس شيئًا مصنوعًا من الجسيمات ، لذلك لم يكن ذلك مفاجئًا. ومع ذلك ، في سلسلة من التجارب الشهيرة في عشرينيات القرن العشرين ، أظهر الفيزيائيون أن الإلكترونات التي تطلق من خلال الأغشية الرقيقة أو البلورات ستتصرف بطريقة مماثلة ، وتشكل أنماطًا مثل الضوء على الجدار خلف مادة الانعراج.
إذا كانت الإلكترونات مجرد جسيمات ، وبالتالي يمكن أن تشغل نقطة واحدة فقط في الفضاء في كل مرة ، فستكون شريطين ، تقريبًا شكل الشقوق ، على الجدار خلف الفيلم أو البلورة. لكن بدلاً من ذلك ، ضربت الإلكترونات ذلك الجدار في أنماط معقدة تشير إلى أن الإلكترونات قد تدخلت في نفسها. هذه علامة منبهة لموجة. في بعض المناطق ، تتزامن قمم الأمواج ، مما يخلق مناطق أكثر إشراقًا ، بينما في أماكن أخرى ، تتزامن القمم مع أحواض ، لذلك يلغي كل منهما الآخر ويخلقان منطقة مظلمة. لأن الفيزيائيين يعرفون بالفعل أن الإلكترونات لها كتلة وأنها بالتأكيد جسيمات ، أظهرت التجربة أن المادة تعمل كجزيئات فردية وكأمواج.
لكن إنشاء شيء تداخل مع الإلكترونات هو أمر واحد. القيام بذلك مع الجزيئات العملاقة هو أكثر صعوبة. تحتوي الجزيئات الأكبر على موجات أقل سهولة في الكشف ، لأن الأجسام الأكبر حجمًا لها أطوال موجية أقصر يمكن أن تؤدي إلى أنماط تداخل بالكاد يمكن إدراكها. وهذه الجسيمات المكونة من 2000 ذرة لها أطوال موجية أصغر من قطر ذرة هيدروجين واحدة ، لذا فإن نمط تداخلها أقل إثارة بكثير.
لإخراج تجربة الشق المزدوج للأشياء الكبيرة ، قام الباحثون ببناء آلة يمكنها إطلاق حزمة من الجزيئات (أشياء ضخمة تسمى "oligo-tetraphenylporphyrins المخصبة بسلاسل فلورو ألكيل سلفانيل" ، أكثر من 25000 مرة من كتلة ذرة هيدروجين بسيطة ) من خلال سلسلة من الشبكات والشبكات التي تحمل شقوق متعددة. كان طول الشعاع حوالي 6.5 قدم (2 متر). كتب العلماء في الورقة أن هذا كبير بما فيه الكفاية بحيث كان على الباحثين مراعاة عوامل مثل الجاذبية ودوران الأرض في تصميم باعث الشعاع. كما أبقوا الجزيئات دافئة إلى حد ما لإجراء تجربة فيزياء الكم ، لذلك كان عليهم أن يراعيوا حرارة التدافع الجسيمات.
ولكن مع ذلك ، عندما قام الباحثون بتشغيل الجهاز ، كشفت الكواشف الموجودة في الطرف البعيد من الحزمة عن نمط تداخل. كانت الجزيئات تحتل عدة نقاط في الفضاء في وقت واحد.
وكتب الباحثون إنها نتيجة مثيرة ، مما يثبت التداخل الكمي على نطاقات أكبر من أي وقت مضى تم اكتشافه.
وكتب المؤلفون "الجيل القادم من تجارب الموجات للمادة سيدفع الكتلة بأمر من الحجم".
لذلك ، تظهر عروض أكبر للتدخل الكمي ، على الرغم من أنه ربما لن يكون من الممكن إطلاق نفسك من خلال مقياس التداخل في أي وقت قريب. (أولاً وقبل كل شيء ، من المحتمل أن يقتلك الفراغ الموجود في الماكينة.) نحن الكائنات العملاقة علينا فقط أن نجلس في مكان واحد ونشاهد الجسيمات تستمتع بكل شيء.
