Kvantne sile prvi put pomjerile predmet veličine centimetra

Spin elektrona — sićušni ugrađeni magnetizam ove čestice, kao da svaka nosi mikroskopski kompas — dosad je bio dovoljno jak samo da pomjeri pojedinačne atome. Tim s Okinawskog instituta za nauku i tehnologiju (OIST) u Japanu sada je uspio nešto znatno veće: kvantnom silom pomjerali su predmet veličine centimetra. Studija je objavljena u časopisu Science Advances.

Kako ističu istraživači, ključno je da je predmet dovoljno velik da na njega djeluje gravitacija, temeljna sila koja se teško uklapa u teorije kvantne fizike. „Bilo je mnogo napora da se testira vrijedi li kvantna mehanika za bilo šta veće od nekoliko desetina nanometara, do sada bez uspjeha“, rekao je teorijski fizičar Jason Twamley. Prema njegovim riječima, riječ je o klasičnom mehaničkom odzivu na kvantnu silu na objektu osam do devet redova veličine masivnijem od dosadašnjih spin-mehaničkih eksperimenata.

U eksperimentu je korištena grafitna pločica veličine centimetra, koja leviira iznad šahovskog rasporeda magneta. S pločice je visio dijamant od tri milimetra s posebnim atomskim defektima poznatim kao nitrogen vacancy (NV) centri. Ti defekti daju dijamantu elektrone s kontroliranim spinovima, koje su zatim manipulirali laserskim svjetlom, a dodatni magnet pretvorio je te spinove u kretanje. Cijela konstrukcija težila je oko 128 miligrama — otprilike koliko nekoliko zrna riže — a pomjerena je za oko 100 nanometara, otprilike hiljaditi dio debljine ljudske dlake.

Zašto su upravo NV dijamanti

„NV dijamanti su dobro shvaćeni i laki za kontrolu“, rekao je fizičar Daehee Kim. On je dodao da NV centri imaju neka od najdužih poznatih vremena koherentnosti, čime na sobnoj temperaturi mnogo duže od drugih sistema održavaju kvantnu superpoziciju, što ih čini posebno privlačnima za buduća istraživanja makroskopske superpozicije kretanja ili objekta.

Dok naučnici pri pomirenju gravitacije i kvantnog svijeta često kreću od malog prema velikom, ovaj tim je izabrao suprotan put. „Mi smo u suprotnom taboru — idemo od velikog prema malom“, rekao je fizičar Anshuman Nayak. On je podsjetio da dijamagnetna levitacija, koja podiže maglev vozove, može levitirati i objekte širine centimetara s dijamantima, gdje je učinak gravitacije izuzetno jak, ali kvantni efekti nisu bili zapaženi.

Bitno je naglasiti da je samo kretanje u eksperimentu bilo klasično — važan je kvantni efekat koji ga je okidao. Istraživači se nadaju da bi njihov pristup ubuduće mogao pomoći u dovođenju većih objekata u kvantna stanja, poput superpozicije, u kojoj objekat efektivno istovremeno postoji u dva stanja.

„Pokazali smo veliki klasični odziv na mali kvantni efekat. Više nije pitanje da li je takva tehnologija moguća, nego kako možemo usavršiti eksperimentalne uslove da postignemo kvantnu superpoziciju unutar režima Ajnštajnove opšte relativnosti“, rekao je Twamley. Njegov tim poručuje da pomjeraju granicu s nanometara na centimetre i da im treba još jedan red veličine da bi „Šredingerovu mačku konačno posmatrali u stvarnom životu“.