大規模粒子測試標準量子理論

在量子力學中粒子可以像波一樣運動，在一個實驗中有許多路徑。它只需要成對的路徑組合，而不是三個或更多，來確定粒子到達某個地方的概率。維也納大學和特拉維夫大學的研究人員首次明確地利用大分子在單、雙和三層的各種組合背後的波干涉來解決這個問題。

將衍射模式與精確書寫的狹縫結合起來，可以測試複雜分子的量子力學。Group for Quantum Nanophysics, Faculty of Physics, University of Vienna; Image-Design: Christian Knobloch

量子力學描述物質在最小質量和長度尺度上的表現。然而在我們的日常生活中，沒有量子現象引發了對量子力學的微小修改的探索，而量子力學可能只會對大量的粒子產生明顯的影響。一個候選是搜索所謂的高階干擾。在標準量子力學中，由任意數量的非相互作用的開放路徑所產生的干涉圖樣，總是可以由成對路徑的所有組合來描述。任何剩餘的模式都是由於高階干擾，可能是新物理的一個可能指標。

雖然這條規則在光和微波輻射之前已經進行了測試，但維也納大學和特拉維夫大學的研究人員現在已經第一次用大量的分子進行了一個專門的實驗。這個想法已經有20多年的歷史了。但直到現在，我們才有技術手段將所有的部件組合在一起，並建立一個能夠用大量分子進行測試的實驗。

多狹縫物質波衍射

在維也納大學(University of Vienna)的實驗中，由馬庫斯·阿恩特(Markus Arndt)領導的量子納米物理學研究小組的研究人員將複雜的有機分子作為物質波來製備。這是通過在高真空環境中從微米大小的位置蒸發，讓它們在一段時間內自由進化而實現的。一段時間後，每一個分子都被delocalized，在許多地方同時傳播。這意味著當每個分子遇到含有多個狹縫的掩模時，它可以平行地穿過許多狹縫。通過仔細比較到達探測器的分子的位置，他們可以在任何多路徑的貢獻上，結合單-、雙-和三重滑動的組合。

納米製造技術

這個實驗的一個重要組成部分是面具，一種超薄的薄膜，在這個膜中，單、雙、三層的陣列都是偽造的。它是由特拉維夫大學的Yigal Lilach和Ori Cheshnovsky設計和製造的。他們必須設計一種衍射掩模，在這種情況下裂隙尺寸的最大偏差並不比它衍射分子的尺寸大得多。該面具被整合在維也納實驗室，研究人員在同一實驗中研究了廣泛的分子速度。對所有這些人來說，科學家們發現了干擾模式，以遵循標準量子力學的期望，在100個粒子中，偏差小於一個粒子的上限。這是第一次用大量粒子進行這種明確的測試，之前的測試已經用單光子和微波推進了邊界。在我們的實驗中，我們對大型物體的高階干擾進行了限制。

參考期刊： 科學進步

來自：維也納大學

編譯：光量子

審校：博科園

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