Hőmérséklettel a makrovilág felé

Osztrák kutatók kísérletekkel bizonyították, hogy a kvantum- és a "hétköznapi" vagy makrovilág határát alapvetően befolyásolja a hőmérséklet.

Hol húzódik a mikro- és a hétköznapi világ határa? Milyen az átmenet a kvantumvilág és a nagy tárgyak klasszikus világa között? Az Innsbrucki Egyetem kutatói Anton Zeilinger professzor vezetésével szellemes kísérlettel kerestek és találtak választ ezekre a kérdésekre. Legújabb eredményeikről a Nature brit tudományos hetilap hasábjain számoltak be.

A kvantumvilág parányi tárgyai, az elemi részecskék, atomok hétköznapi fogalmaink szerint igen különösen, ellentmondásosan viselkednek. Például egyetlen atom képes arra, hogy egyszerre kétféle állapotban legyen: kétféle polarizációt, kétféle spinállapotot mutasson, s egy akadályt mindkét oldalán egyszerre kerüljön meg. A makrovilág tárgyai egyértelmű helyzeteket foglalnak el, a tárgy vagy az akadály bal oldalán, vagy a jobb oldalán van, a két- vagy többértelműség kizárt.

A mikro- és a makrovilág határának megragadása régóta foglalkoztatja a kutatókat, de egészen mostanáig csak az elméleti fizika eszközeivel keresték a választ. Többen úgy gondolták, hogy a kvantummechanikai tárgyak akkor kezdenek el klasszikus módon viselkedni, amikor kölcsönhatásba kerülnek a környezetükkel. Ilyen kölcsönhatás, ha egy kvantumjellemző meghatározására mérést végzünk a tárgyon, de ilyen az is, ha egy levegőmolekulával ütközik, vagy más módon szerzünk információt róla.

Ha ez az értelmezés helytálló, akkor a kis, hideg tárgyak tovább maradnak a kevert kvantumállapotban, mint a nagy, meleg tárgyak. A kicsik kevesebb ütközést szenvednek el, a hideg molekulák kevésbé mozgékonyak és kevesebb, róluk információt hordozó sugárzást bocsátanak ki a környezetbe.

Zeilinger professzor és kutatócsoportja korábban már kísérletekkel kimutatta, hogy a kvantumvilág határát nem befolyásolja az, hogy mekkora kvantumobjektumokat vizsgálunk. Kis atomokkal és nagy molekulákkal azonos eredményt kapott. Frissen publikált kísérleteiben arra keresett választ, befolyásolja-e a két világ határát a hőmérséklet.

70 szénatomból álló fullerénmolekulákkal dolgoztak, ez hatalmasnak tárgynak számít a kvantumvilágban. A fullerén-labdákat lézerrel felmelegítették, majd rácsok sorozatán engedték át a molekulákat. Minden molekula több út közül választhatott. Ha kvantumszerűen viselkedik és egyidejűleg több utat választ, akkor a kísérleti elrendezés végén interferenciamintázat jelenik meg. Nincs viszont interferencia, ha a molekula a hagyományos módon egyetlen résen halad át. A kísérletben a lézer teljesítményének módosításával változtatták a molekulák hőmérsékletét, és az interferenciajelenség meglétét illetve eltűnését figyelték.

A forró molekulák klasszikus tárgyként viselkedtek, a hőmérséklet csökkenésével viszont egyre erősebb lett az interferencia. A hideg molekulák már teljesen kvantumtárgyként viselkedtek. A kísérletben a hideg 1000 kelvint, a forró 3000 kelvint jelentett. A két szélső állapot között folyamatos és gyors volt az átmenet. A kutatók úgy vélik, hogy a kvantum és a hétköznapi viselkedés között ott következik be az átmenet, ott húzódik a határ, ahol a meleg fullerénmolekula sugározni kezd, fotont bocsát ki, ezzel információt ad át a környezetnek. Beigazolódott tehát az elméleti várakozás.

Jéki László

KAPCSOLÓDÓ CIKK