Η Φυσική έκανε ένα αποφασιστικό βήμα προς την κατάργηση των ορίων ανάμεσα στον μικρόκοσμο και την καθημερινή μας πραγματικότητα. Σε μια ιστορική πειραματική διάταξη, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης κατάφεραν να θέσουν χιλιάδες άτομα σε κατάσταση κβαντικής υπέρθεσης, δημιουργώντας ουσιαστικά την πιο «βαριά» εκδοχή της Γάτας του Σρέντιγκερ που έχουμε δει μέχρι σήμερα.
Η μελέτη δεν αποτελεί απλώς ένα ρεκόρ αριθμών, αλλά αντιπροσωπεύει την απτή απόδειξη ότι οι παράδοξοι κανόνες της κβαντομηχανικής δεν σταματούν να ισχύουν όταν η ύλη αρχίζει να αποκτά «βάρος» και υπόσταση, ανοίγοντας τον δρόμο για τεχνολογίες που μέχρι πρότινος ανήκαν στη σφαίρα της θεωρίας.
Όταν η ύλη συμπεριφέρεται σαν φάντασμα
Στον πυρήνα της ανακάλυψης βρίσκεται η έννοια της υπέρθεσης. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, ένα σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε δύο διαφορετικές καταστάσεις ή θέσεις ταυτόχρονα, έως ότου κάποιος το παρατηρήσει. Αυτό το φαινόμενο περιέγραψε ο Έρβιν Σρέντιγκερ με το διάσημο νοητικό πείραμα της γάτας που είναι ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή μέσα σε ένα κουτί.
Μέχρι σήμερα, τέτοια φαινόμενα παρατηρούνταν εύκολα σε ηλεκτρόνια ή φωτόνια. Ωστόσο, η ομάδα πέτυχε κάτι εντυπωσιακό: δημιούργησε μια κατάσταση υπέρθεσης χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια νατρίου που αποτελούνται από περίπου 7.000 άτομα το καθένα.
Για τα δεδομένα της Φυσικής, αυτό δεν είναι απλώς ένα σωματίδιο· είναι ένα «γίγαντας». Με μάζα που ξεπερνά τις 170.000 ατομικές μονάδες, τα σωματίδια αυτά είναι βαρύτερα από πολλές πρωτεΐνες και έχουν μέγεθος συγκρίσιμο με τα τρανζίστορ των σύγχρονων επεξεργαστών. Το να συμπεριφέρεται ένα τέτοιο αντικείμενο σαν άυλο κύμα αποτελεί έναν θρίαμβο της πειραματικής ακρίβειας.
Η «χορογραφία» με τα λέιζερ
Η επιτυχία του πειράματος βασίστηκε σε μια εξαιρετικά λεπτή διαδικασία συμβολομετρίας υλοκυμάτων. Οι ερευνητές δημιούργησαν μια δέσμη από υπερ-ψυχρά νανοσωματίδια νατρίου και τα κατηύθυναν μέσα από ένα σύστημα φραγμάτων.
Αντί, όμως, να χρησιμοποιήσουν υλικά φράγματα (τα οποία θα προκαλούσαν αλληλεπιδράσεις και θα κατέστρεφαν την κβαντική κατάσταση), χρησιμοποίησαν φράγματα φτιαγμένα από υπεριώδες φως λέιζερ. Καθώς τα σωματίδια περνούσαν μέσα από αυτή την «οπτική σχάρα», διαχωρίστηκαν σε δύο διακριτές διαδρομές ταυτόχρονα.
Το αποτέλεσμα ήταν τα σωματίδια να βρεθούν σε δύο θέσεις που απείχαν μεταξύ τους περισσότερο από 133 νανόμετρα — απόσταση πολλαπλάσια της διαμέτρου τους. Για να κατανοήσουμε την αναλογία, είναι σαν ένας άνθρωπος να στέκεται ταυτόχρονα σε δύο διαφορετικά δωμάτια ενός σπιτιού. Η απόδειξη της επιτυχίας ήρθε με την εμφάνιση ενός μοτίβου συμβολής στο τέλος της διαδρομής, κάτι που επιβεβαιώνει κυματική συμπεριφορά και όχι κίνηση στέρεου σώματος.
Γιατί δεν βλέπουμε «κβαντικές γάτες» στο δρόμο;
Ένα από τα βασικά ερωτήματα που απασχολούν τους φυσικούς είναι το γιατί ο κόσμος μας φαίνεται τόσο σταθερός και «κλασικός», αν τα πάντα αποτελούνται από κβαντικά σωματίδια. Η απάντηση βρίσκεται στην «αποσυνοχή» (decoherence): την τάση των κβαντικών καταστάσεων να καταρρέουν μόλις αλληλεπιδράσουν με το περιβάλλον (θερμότητα, αέρας, φως).
Το πείραμα της Βιέννης πέτυχε ακριβώς επειδή κατάφερε να απομονώσει αυτά τα «γιγαντιαία» σωματίδια από το περιβάλλον τους σε έναν θάλαμο κενού, επιτρέποντας στην κβαντική τους φύση να αναδυθεί. Όπως ανέφερε χαρακτηριστικά ο Sebastian Pedalino, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, διαισθητικά περιμένουμε ένα κομμάτι μετάλλου να συμπεριφέρεται ως κλασικό σωματίδιο. Το γεγονός ότι εμφανίζει συμβολή αποδεικνύει ότι η κβαντομηχανική δεν έχει εγγενές όριο μεγέθους.
Από τη θεωρία στην τεχνολογία
Η σημασία αυτής της εξέλιξης εκτείνεται πολύ πέρα από τη θεωρητική ικανοποίηση. Η δυνατότητα χειρισμού τόσο μεγάλων μαζών σε κβαντικό επίπεδο ανοίγει νέους ορίζοντες για την κατασκευή κβαντικών αισθητήρων πρωτοφανούς ευαισθησίας.
Συγκεκριμένα, τέτοια συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για:
- Ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων: Με μεγαλύτερη ακρίβεια από τις τρέχουσες μεθόδους.
- Μελέτη της Σκοτεινής Ύλης: Ερευνώντας δυνάμεις που διαφεύγουν από τα σημερινά όργανα.
- Έλεγχο της βαρύτητας: Εξετάζοντας πώς η βαρύτητα αλληλεπιδρά με κβαντικά συστήματα, ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα μυστήρια της φυσικής.
Επιπλέον, η τεχνογνωσία που αναπτύχθηκε για τη σταθεροποίηση αυτών των καταστάσεων είναι κρίσιμη για την ανάπτυξη ισχυρότερων κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι βασίζονται στη διατήρηση της υπέρθεσης για την εκτέλεση πολύπλοκων υπολογισμών.
Το μέλλον είναι μακροσκοπικό
Η επιστημονική κοινότητα βλέπει σε αυτό το πείραμα την αρχή μιας νέας φάσης. Οι ερευνητές σχεδιάζουν ήδη τα επόμενα βήματα, στοχεύοντας σε ακόμα μεγαλύτερες μάζες και πιο σύνθετα υλικά. Αν μπορούμε να βάλουμε 7.000 άτομα σε δύο μέρη ταυτόχρονα, τι μας εμποδίζει να το κάνουμε με έναν ιό ή ακόμα και με ένα βακτήριο στο μέλλον;
Το πείραμα της Βιέννης μας υπενθυμίζει ότι η πραγματικότητα είναι πολύ πιο παράξενη και εύπλαστη από ό,τι νομίζουμε. Τα όρια που θέτουμε ανάμεσα στο «μικρό και κβαντικό» και το «μεγάλο και κανονικό» φαίνεται πως υπάρχουν μόνο λόγω της αδυναμίας μας να απομονώσουμε τέλεια τα αντικείμενα από τον θόρυβο του περιβάλλοντος. Όσο η τεχνολογία βελτιώνεται, τόσο η «Γάτα του Σρέντιγκερ» θα μεγαλώνει, προκαλώντας την αντίληψή μας για το τι είναι τελικά πραγματικό.
Διαβάστε επίσης
