含800個原子的巨大分子打破了量子疊加態(tài)的原有觀察紀錄

科技日報訊 量子力學的核心概念之一，就是波粒二象性，所有對象都可以被看作同時具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)。而據(jù)日前發(fā)表在arXiv預印本網(wǎng)站上的一篇論文稱，維也納大學的物理學家們完成了迄今最宏觀的波粒二象性觀察實驗，打破了波粒二象性的分子大小原有紀錄——這個巨大分子包含超過800個原子，由大約5000個質(zhì)子、5000個中子和5000個電子構(gòu)成。

量子力學認為，微觀粒子有時會顯示出波動性（此時粒子性較為不顯著），有時又會顯示出粒子性（這時波動性較為不顯著），在不同的條件下分別表現(xiàn)出波動或粒子的性質(zhì)，這種行為被稱為波粒二象性。它是量子力學的基要概念，是專門針對經(jīng)典概念無法完整描述量子物體的物理行為而提出的假說，其或許很難想象，但卻可以在實驗室中得到證明。

譬如在著名的雙縫實驗中，從小孔中射出的光，通過兩道狹縫投到屏幕上，會形成一系列明暗交替的條紋，這就是聞名遐邇的雙縫干涉條紋，光子通過縫隙時似乎產(chǎn)生了類波動的行為，而所有微觀粒子都會顯示出波動性與粒子性。奇怪的是，按波粒二象性假說，更大的對象——宏觀物體也應該能測量到波粒二象性的疊加態(tài)，如病毒、細胞，甚至是棒球這么大的物體。但顯然，我們沒在任何地方看到過一個棒球呈現(xiàn)出量子疊加態(tài)。

這被認為是實驗也無法逾越的困難。但物理學家們已經(jīng)觀察到了波粒二象性的質(zhì)子、原子和越來越大的分子，如巴基球。這就引出了一個有趣的問題：既然宏觀物體因為質(zhì)量過大而無法觀察到微小的波動性，那么，究竟多大的物體才能觀察到明顯的波動性呢？

奧地利維也納大學桑德拉·艾本伯格及其合作者回答了這個問題。他們創(chuàng)建了卟啉核全氟烷基鏈的樹樣分子，名稱為C284.H190.F320.N4.S12。在這個超過800個原子的巨大分子中可觀察到波動性的行為，而通過一系列狹縫實驗的證明，其已打破了關于量子疊加態(tài)的觀察紀錄。研究人員表示該分子由單一化合物組成，包含大約5000個質(zhì)子、5000個中子以及5000個電子，其具有相對較低的分子間結(jié)合力，因此比較不穩(wěn)定，但在加熱時相對穩(wěn)定。

該結(jié)果被認為在波粒二象性的檢測以及對宏觀物體的量子疊加觀察兩方面，均作出了極為顯著的進步。（張夢然）

新聞來源：http://www.wokeji.com/shouye/guoji/201311/t20131114_583535.shtml