“A kvantummechanika elvei szerint semmilyen objektum nem maradhat teljes nyugalomban. Minél nagyobb az objektum, annál kisebbek a nullponti fluktuációk, és annál nehezebb megfigyelni őket.” - magyarázta Lorenzo Dania, az ETH Zürich munkatársa az egyetem közleménye szerint. A fluktuációk, amelyekről Dania beszélt, azokat az apró ingadozásokat jelentik, amelyek mindig jelen vannak egy-egy tárgy vagy a nagyobb dolgokat felépítő részecskék esetében, akkor is, amikor azok látszólag teljes nyugalmi helyzetben vannak - ezek az oszcillációk soha nem szűnnek meg, csak egyes esetekben szinte lehetetlen detektálni őket.

A fizikusok régóta kutatják, hogy a kvantummechanika szabályai hogyan érvényesülnek nagyobb méretskálán - ennek érdekében egy ízben még egy medveállatkát is az összefonódás állapotába próbáltak hozni kvantumbitekkel -, de a megfigyelés annál nehezebbé válik, minél nagyobb egy-egy vizsgált tárgy (vagy élőlény). Az ETH Zürich újabb kísérletében egy, a szokásosnál jóval méretesebb alanyt vetettek megfigyelés alá: egy sok százmillió atomból álló halmazt, amiben az egyes gömböcskék egymással szorosan összeállva sorakoztak.

A “nano-üveggömb” azonban még így is mikroszkopikus, szabad szemmel nem látható méretű volt, az átmérője kisebb, mint egy emberi hajszál.

A kutatók az üveggömböcskéket egy átlátszó tárolóban vákuumba helyezték, majd polarizált lézerrel világították meg a tároló egy pontját, emiatt a részecskék összhangba kerültek a lézer elektromos terével, és így megőrizték a stabilitásukat. A lebegő gömbök megszabadultak a gravitáció hatásától, és látszólag teljesen mozdulatlan állapotba kerültek, de közelebbről megfigyelve bebizonyosodott, hogy remegnek, méghozzá nagyon gyorsan: másodpercenként közel egy milliószor mozdultak el, alkalmanként néhány ezredfokkal.

A kutatóknak először sikerült ilyen méretskálán a nullponti fluktuáció jelenlétét kimutatni, és bizonyítani, hogy a kvantummechanika szabályai érvényesültek a részecskék viselkedésében. A halmaz mozgását 92%-ban a kvantumfizika, 8%-ban a klasszikus fizika törvényei határozták meg, vagyis a kvantumos tisztasága egészen magas, 92%-os volt.

A kísérlet másik különlegességét az adta, hogy mindezt extrém hűtés nélkül, szobahőmérsékleten valósították meg, pedig a kvantumfizikai vizsgálatokban általában nagyon alacsony hőmérsékletre van szükség a nemkívánatos hatások kizárásának érdekében. A jövőben a vizsgálat eredményeit felhasználhatják például jobb kvantumszenzorok építéséhez, amelyek az orvostudományban vagy akár a navigáció területén is hatékony eszközökké válhatnak.

(Fotó: Lorenzo Dania / ETH Zurich)

Száz évvel ezelőtt tette le néhány zseniális tudós a kvantumforradalom alapjait Erről a fontos tudományos témáról fog szólni az idei év.