Les molécules géantes peuvent se trouver à deux endroits à la fois, grâce à la physique quantique.
C'est quelque chose que les scientifiques savent depuis longtemps est théoriquement vrai sur la base de quelques faits: chaque particule ou groupe de particules dans l'univers est également une onde - même de grosses particules, même des bactéries, même des êtres humains, même des planètes et des étoiles. Et les vagues occupent plusieurs endroits dans l'espace à la fois. Ainsi, tout morceau de matière peut également occuper deux places à la fois. Les physiciens appellent ce phénomène «superposition quantique» et, depuis des décennies, ils l'ont démontré en utilisant de petites particules.
Mais ces dernières années, les physiciens ont intensifié leurs expériences, démontrant la superposition quantique en utilisant des particules de plus en plus grosses. Maintenant, dans un article publié le 23 septembre dans la revue Nature Physics, une équipe internationale de chercheurs a fait en sorte que des molécules composées de jusqu'à 2 000 atomes occupent deux endroits en même temps.
Pour y parvenir, les chercheurs ont construit une version modernisée et compliquée d'une série de vieilles expériences célèbres qui ont d'abord démontré la superposition quantique.
Les chercheurs savaient depuis longtemps que la lumière, tirée à travers une feuille avec deux fentes, créerait un motif d'interférence, ou une série de franges claires et sombres, sur le mur derrière la feuille. Mais la lumière était comprise comme une onde sans masse, pas quelque chose faite de particules, donc ce n'était pas surprenant. Cependant, dans une série d'expériences célèbres dans les années 1920, les physiciens ont montré que les électrons tirés à travers des couches minces ou des cristaux se comportaient de la même manière, formant des motifs comme la lumière sur le mur derrière le matériau diffractant.
Si les électrons n'étaient que des particules, et ne pouvaient donc occuper qu'un seul point dans l'espace à la fois, ils formeraient deux bandes, à peu près la forme des fentes, sur le mur derrière le film ou le cristal. Mais au lieu de cela, les électrons ont frappé ce mur selon des motifs complexes suggérant que les électrons s'étaient interférés avec eux-mêmes. C'est un signe révélateur d'une vague; à certains endroits, les pics des vagues coïncident, créant des régions plus lumineuses, tandis qu'à d'autres endroits, les pics coïncident avec des creux, de sorte que les deux s'annulent et créent une région sombre. Parce que les physiciens savaient déjà que les électrons avaient une masse et étaient définitivement des particules, l'expérience a montré que la matière agit à la fois comme particules individuelles et comme ondes.
Mais c'est une chose de créer un motif d'interférence avec les électrons. Le faire avec des molécules géantes est beaucoup plus délicat. Les molécules plus grosses ont des ondes moins facilement détectables, car les objets plus massifs ont des longueurs d'onde plus courtes qui peuvent conduire à des modèles d'interférence à peine perceptibles. Et ces particules de 2 000 atomes ont des longueurs d'onde inférieures au diamètre d'un seul atome d'hydrogène, de sorte que leur motif d'interférence est beaucoup moins dramatique.
Pour réaliser l'expérience à double fente pour de grandes choses, les chercheurs ont construit une machine qui pourrait tirer un faisceau de molécules (des choses énormes appelées "oligo-tétraphénylporphyrines enrichies en chaînes de fluoroalkylsulfanyle", soit plus de 25 000 fois la masse d'un simple atome d'hydrogène ) à travers une série de grilles et de tôles à fentes multiples. Le faisceau mesurait environ 6,5 pieds (2 mètres) de long. C'est assez grand pour que les chercheurs tiennent compte de facteurs tels que la gravité et la rotation de la Terre lors de la conception de l'émetteur de faisceau, ont écrit les scientifiques dans l'article. Ils ont également maintenu les molécules assez chaudes pour une expérience de physique quantique, ils ont donc dû tenir compte de la chaleur bousculant les particules.
Mais quand même, lorsque les chercheurs ont allumé la machine, les détecteurs à l'extrémité du faisceau ont révélé un motif d'interférence. Les molécules occupaient plusieurs points dans l'espace à la fois.
C'est un résultat passionnant, ont écrit les chercheurs, prouvant une interférence quantique à des échelles plus grandes que jamais détectées auparavant.
"La prochaine génération d'expériences sur les ondes de matière poussera la masse d'un ordre de grandeur", ont écrit les auteurs.
Ainsi, des démonstrations encore plus grandes d'interférences quantiques sont à venir, bien qu'il ne soit probablement pas possible de se tirer à travers un interféromètre de sitôt. (Tout d'abord, le vide dans la machine vous tuerait probablement.) Nous, les êtres géants, allons devoir nous asseoir au même endroit et regarder les particules s'amuser.
