محققان تابع موج کوانتومی یک نانوکره معلق را گسترش داده‌اند، گامی به سوی آزمایش‌های فیزیک کوانتومی در آینده.

فیزیکدان ها آزمایش‌های تداخلی را با اتم‌ها و مولکول‌ها انجام داده‌ و نشان داده‌اند که این اجسام ظاهراً می‌توانند همزمان در دو مکان باشند. اما ایجاد چنین برهم‌نهی‌هایی با اجسام بزرگتر به دلیل توابع موج بسیار موضعی آنها دشوار بوده است. آزمایش‌های جدید، وسعت فضایی تابع موج یک نانوذره معلق را تا 3 برابر افزایش داده‌اند و مسیری را به سمت آزمایش‌های کوانتومی اشیاء بزرگ ارائه می‌دهند [1].

مکان یک جسم به دلیل اثرات حرارتی و محیطی همیشه تا حدودی نامشخص است. با این حال، حتی اگر آن جسم سرد و ایزوله باشد، یک عدم قطعیت کوانتومی وجود دارد که توسط وسعت فضایی تابع موج جسم تعیین می‌شود. عرض تابع موج یک اتم به دام افتاده در حالت پایه حدود 10 نانومتر است. این مقدار بسیار بزرگتر از خود اتم است و به آن اجازه می‌دهد که ظاهراً همزمان در دو مکان باشد. در مقابل، یک نانوذره به دام افتاده با یک میلیارد اتم، تابع موج بسیار باریک‌تری با عرض حدود 10 پیکومتر (pm) دارد.

بسط یک تابع موج امکان‌پذیر است، اما کوچکترین اختلال می‌تواند آن را به یک حالت موضعی فرو بریزد. لوکاس نووتنی Lucas Novotny از موسسه فناوری فدرال سوئیس (ETH) زوریخ و همکارانش این چالش را با استفاده از یک نانوذره سیلیس که در یک تله نوری نگه داشته شده بود، پذیرفتند. پس از یک مرحله خنک‌سازی، گروه به آرامی تله را شل کرد و باعث شد تابع موج نانوذرات پخش شود. اندازه‌گیری‌های موقعیت، پهنای تابع موج ۷۳ پیکومتر را نشان داد که ۳ برابر مقدار اولیه است.

پهنای تابع موج مشاهده‌شده هنوز هزار برابر کوچک‌تر از اندازه نانوذره است. نووتنی می‌گوید برای گسترش بیشتر آن، یک استراتژی ممکن این است که نانوذره را در حالت سقوط آزاد قرار دهیم. چنین آزمایشی می‌تواند بررسی کند که آیا اشیاء بزرگ در حالت برهم‌نهی قرار دارند (همانطور که فیزیک کوانتومی پیش‌بینی می‌کند) یا توابع موج آنها همیشه به حالت‌های کلاسیک فرو می‌ریزند (همانطور که برخی از نظریه‌های جایگزین فرض می‌کنند).

-1M. Rossi et al., “Quantum delocalization of a levitated nanoparticle,” Phys. Rev. Lett. 135, 083601 (2025).

منبع:

Unleashing the Quantumness of a Nanoparticle