金屬納米粒子在高風險量子實驗中表現得像波
維也納大學和杜伊斯堡-埃森大學的研究人員表明，由數千個鈉原子組成的金屬納米顆粒仍然遵守量子力學規則。該實驗將量子理論推向了曾經被認為不可能的領域。這些粒子不再是單個原子或微小分子。它們是足夠大的簇，類似於現代電子產品中使用的組件。量子力學認為，物質的行為既可以像粒子，也可以像波。這種波動性質已被多次證明，但僅限於非常小的物體，例如電子、原子和簡單分子。在日常生活中，物體的行為各不相同。石頭、灰塵和彈珠都有固定的位置和可預測的路徑。他們遵循經典物理學，而不是量子規則。由 Markus Arndt 和 Stefan Gerlich 領導的維也納團隊首次展示了金屬納米粒子的量子乾涉。這些簇的寬度約為 8 納米，與晶體管結構的尺寸相似。每個簇的質量超過 170,000 個原子質量單位，比大多數蛋白質更重。儘管如此，粒子仍然形成乾涉圖案，這是波狀行為的明顯標誌。 “憑直覺，人們會期望這麼大的金屬塊表現得像經典粒子，”主要作者兼博士生塞巴斯蒂安·佩達里諾（Sebastian Pedalino）說。 “它仍然存在干擾的事實表明，即使在這種規模上，量子力學也是有效的，並且不需要替代模型。”為了進行這項實驗，科學家們創造了包含 5,000 到 10,000 個原子的冷鈉簇。這些粒子被傳送通過三個由紫外激光製成的衍射光柵。第一個激光以極高的精度固定每個粒子的位置，將其置於可能路徑的疊加中。當這些路徑重新組合時，它們會產生由金屬顆粒製成的條紋干涉圖案。該結果表明顆粒在飛過設備時並不具有單一位置。它們的量子擴散遠遠大於它們的物理尺寸。物理學家將這種情況稱為“薛定諤貓態”，以埃爾文·薛定諤著名的思想實驗命名。在這種情況下，“每塊金屬都在這裡，又不在這裡。”量子測試打破記錄 該實驗的理論支柱來自該研究的合著者、杜伊斯堡-埃森大學的 Klaus Hornberger 數十年的近場干涉測量工作。該團隊使用一種稱為宏觀性的指標來比較不同實驗測試量子力學的強度。數值越高意味著對替代理論的限制越嚴格。該實驗的宏觀數值為 μ = 15.5，比之前的任何結果高出約十倍。將此測試與電子相匹配需要保持量子相干性一億年。金屬納米粒子只需要百分之一秒。除了理論之外，該裝置還可以用作超靈敏力傳感器。它可以檢測小至 10-26 牛頓的力，預計未來升級時靈敏度會更高。研究人員計劃測試更大的物體和新材料。他們的目標是將量子力學進一步推向宏觀世界。該研究發表在《自然》雜誌上。
已发布: 2026-01-22 00:20:00
