Một mẩu kim loại 10.000 nguyên tử được giữ ở hai vị trí cùng lúc

Các nhà vật lý đã đưa một hạt kim loại gồm tới 10.000 nguyên tử vào trạng thái trong đó nó đồng thời chiếm hai vị trí cách nhau một chút. Cụm hạt gần như không thể nhìn thấy — chỉ rộng khoảng tám nanomet — nhưng lớn hơn và nặng hơn rất nhiều so với bất kỳ vật nào từng được giữ trong một trạng thái chồng chập lượng tử đã xác minh. Lần đầu tiên, sự kỳ lạ trong sách giáo khoa, thường chỉ dành cho các nguyên tử đơn lẻ và phân tử nhỏ, đã được chứng minh trên một mẩu kim loại rắn thực sự.

Chồng chập lượng tử là tình huống trong đó một hạt, khi còn được cách ly khỏi môi trường, hành xử như thể nó ở nhiều hơn một vị trí cùng lúc. Hình ảnh phổ biến là con mèo của Schrödinger, nhưng phiên bản phòng thí nghiệm tỉnh táo và nói lên nhiều hơn: cho hạt đi qua một bộ chướng ngại được sắp đặt chính xác và quan sát mẫu mà nó đáp xuống. Nếu nó tự giao thoa, nó đã ở hai nơi trên đường đi. Nếu không, nó hành xử như một vật cổ điển.

Các cụm natri được dùng nặng hơn 170.000 đơn vị khối lượng nguyên tử, đặt hạt cao hơn vật nặng nhất từng được đưa vào trạng thái như vậy khoảng một bậc độ lớn. Độ rộng của chồng chập rộng gấp hàng chục lần chính các hạt đó — vùng mà các nhà vật lý mô tả bằng đại lượng gọi là tính vĩ mô, và kết quả mới đạt μ = 15,5.

Bạn cũng có thể thíchTachyon: vật lý ở rìa của ánh sáng

Thí nghiệm được thực hiện bởi các nhóm tại Đại học Vienna và Đại học Duisburg-Essen, với nghiên cứu sinh tiến sĩ Sebastian Pedalino là tác giả đầu và Markus Arndt, Stefan Gerlich, Klaus Hornberger là người chủ trì. Kỹ thuật này gọi là giao thoa kế sóng vật chất trường gần. Ba cách tử nhiễu xạ tạo bởi các chùm laser tử ngoại đóng vai trò chướng ngại. Các cụm hạt lần lượt đi qua chúng, và cách chúng tích tụ trên đầu dò cho biết mỗi cụm đã đi qua như một sóng — ở hai nơi cùng lúc — hay như một hạt thông thường.

Mục đích của thí nghiệm không phải là tạo ra một công nghệ mới. Mục đích là tiếp tục đẩy biên giới nơi cơ học lượng tử đã được kiểm chứng và nơi nó có thể đổ vỡ. Mọi tiên đoán của lý thuyết đến nay vẫn đứng vững, nhưng lý thuyết không nói gì về việc vì sao các vật cổ điển trong đời sống chưa bao giờ trông như ở hai nơi cùng lúc. Kéo dài chế độ này tới những vật nặng hơn và phức tạp hơn làm sắc nét câu hỏi đó, và một khả năng giao thoa thất bại tại một thang khối lượng cụ thể sẽ là bằng chứng trực tiếp cho vật lý mới.

Kết quả có giới hạn. Tín hiệu giao thoa chỉ tồn tại ở nhiệt độ cực lạnh sâu và chỉ trong khoảng một phần trăm giây bay tự do qua thiết bị, trước khi khí dư, bức xạ và chuyển động nhiệt phá huỷ tính kết hợp. Kích thước các cụm vẫn nhỏ ở mức vi mô theo thước đo thường ngày. Thí nghiệm cũng dựa trên các giả định về cách tử quang và nguồn cụm hạt mà nhóm phải bảo vệ trước các giải thích thay thế — đó là một phần những gì quá trình bình duyệt đã kiểm tra.

So với chỗ ngành đứng cách đây khoảng hai chục năm, khi giao thoa lần đầu được trình diễn trên phân tử carbon 60 nguyên tử gọi là buckyball, kết quả hiện tại rõ rệt. Bước nhảy về khối lượng vào cỡ hai bậc độ lớn so với các trình diễn ban đầu, và tính vĩ mô cũng cao hơn ở mức tương đương. Mỗi bước tiến đến những vật có kích thước và độ phức tạp của virus hay tế bào sống cũng là một bước tiến đến điểm mà trực giác thôi không còn là người dẫn đường hữu ích.

Công trình xuất hiện vào tháng 5 năm 2026 trên Nature. Nhóm Vienna và Duisburg-Essen cho biết giai đoạn tiếp theo sẽ nhắm tới các hạt còn lớn hơn và những hợp phần vật liệu khác — bậc thang tự nhiên trong dòng thí nghiệm này — và sẽ khảo sát xem kỹ thuật sóng vật chất có thể dùng làm cảm biến chính xác cho lực và đặc tính ở thang nanomet hay không.

Bài viết tương tự

Between the Fragments: Cuộc Đối Thoại Độc Đáo Giữa Vật Lý Lượng Tử và Nữ Quyền Tại Tokyo

Màng mỏng La₃Ni₂O₇ qua kỹ thuật biến dạng đạt siêu dẫn 40K không cần áp suất cực cao

Phóng xạ nguy cấp: Khi ánh xanh chết chóc thiêu rụi niềm tin xã hội

Cuộc săn lùng rutheni: cách AI biến một kim loại hiếm thành “vàng” mới

Rutherford Chang và kịch tính lặng lẽ của sự tích lũy

Ánh sáng luôn ẩn chứa một vũ trụ 48 chiều