薛定谔猫有了小兄弟“分子章鱼”

2011-4-07 09:02 来源: 中国科学院
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  虽然“薛定谔的猫”只存在于理论中,现实里找不到一只死活并存的猫,但科学家却在实验室里造出了它的小兄弟“分子章鱼”。据美国物理学家组织网4月6日(北京时间)报道,瑞士和美国的一个跨学科联合小组在维也纳大学演示了由430个原子组成的有机大分子的量子效应,在证明纳米粒子量子属性方面创造了新纪录。

  物质的波动性是量子物理学的关键,表示粒子失去了传统意义上的定域性,量子波函数能同时扩展到一个大的领域。在形式上,这种状态就类似于一只猫同时处于死活两种状态,这种状态也称为“叠加”。在这一问题上,维也纳大学马库斯·安特和他的研究小组在量子物理法则以内创造了新纪录。

  有机大分子是该实验的研究对象。然而,大部分有机复合物稳定性都很差,许多分子在准备热粒子束的过程中就会断裂,这是实验的最大挑战。安特和瑞士巴塞尔大学马修·迈尔研究小组、美国特拉华杜邦发展研究中心的鲍尔·法根共同合作,利用裁剪特制的分子解决了不稳定性难题,合成的有机大分子复合物,能够挺过关键的蒸发过程。

  从分子形状来看,将有机大分子称为“分子章鱼”很合适。在大小、质量和复杂性上相当于胰岛素分子,大小达到了60埃,原子量为6910,内部自由度超过1000,具有经典物体的许多性质。尽管如此,它们在实验中仍清晰地出现在不同位置。这正是经典物理学中不可能出现的“薛定谔的猫”的状态。研究人员用干涉仪研究了不断增加分子尺寸的各种量子效应和在各种位置的叠加。

  研究人员指出,新实验将分子作为一个整体,集中研究其物质运动中心的波演化,这才是纯粹的德布罗意相干。实验证明了物质的波动性和复杂有机分子的非定域作用,只要将分子充分与周围环境隔离以避免退相干,就能显示出几乎完美的量子相干。