Фізики ускладнили самий красивий експеримент
Дослідники продемонстрували хвильову природу найбільших на даний момент молекул в експерименті з квантової інтерференції на дифракційній решітці. Робота опублікована в журналі Nature Nanotechnology. Експеримент з квантової інтерференцією деякі дослідники називали "найкрасивішим" в історії фізики.
У новій роботі експериментатори використовували барвник фталоціанін молекулярною масою 514 дальтон і його похідне масою 1298 дальтон. Молекули барвників перебували на внутрішньої стінки вакуумної камери, випаровувалися лазером і прямували в бік дифракційної решітки. На решітці були нанесені щілини шириною близько 10 нанометрів, проходячи через які, барвник потрапляв на скляне вікно. Зібрані молекули порушувалися другим лазером, і виникає флюоресценція реєструвалася спеціальною камерою. Процес появи і накопичення флюоресцентних точок експериментатори записали на відео.
В рамках класичної механіки тіла, що ведуть себе як частинки, повинні формувати при проходженні перешкоди рівномірний розподіл. Світло, проходячи крізь ґрати, навпаки, интерферирует і утворює смуги. Хвильова теорія світла розглядає інтерференцію як результат додавання або віднімання декількох (як мінімум двох) хвиль в залежності від їх фази, що призводить до утворення смуг. В даному експерименті частинки (молекули барвника) утворюються настільки повільно, що проходять крізь грати за одного. Утворення інтерференційних хвиль в такому випадку суперечить інтуїції і може пояснюватися тільки квантової інтерференцією їх хвильових функцій.
Раніше фізики вже демонстрували квантову інтерференцію на прикладі проходження решітки електронами, нейтронами, атомами і деякими молекулами. Чим більше маса частинки, тим менше її довжина хвилі і тим складніше виготовити щілини для подібного експерименту. Найбільшою молекулою, чиє хвильовий поведінка продемонстровано в подібному експерименті до цього моменту був фулерен С60 з молекулярною масою 721 дальтон. Фталоцианіни були використані авторами з-за їх флуоресцентних властивостей і стабільності у вакуумі. У побуті вони застосовуються для виготовлення активного шару CD-R дисків.
Знаменитий вчений Річард Фейнман вважав, що подібний експеримент, проведений на електронах, "лежить в серце квантової фізики" і є її "єдиною загадкою".