含800個(gè)原子的巨大分子打破了量子疊加態(tài)的原有觀察紀(jì)錄

科技日?qǐng)?bào)訊 量子力學(xué)的核心概念之一，就是波粒二象性，所有對(duì)象都可以被看作同時(shí)具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)。而據(jù)日前發(fā)表在arXiv預(yù)印本網(wǎng)站上的一篇論文稱，維也納大學(xué)的物理學(xué)家們完成了迄今最宏觀的波粒二象性觀察實(shí)驗(yàn)，打破了波粒二象性的分子大小原有紀(jì)錄——這個(gè)巨大分子包含超過(guò)800個(gè)原子，由大約5000個(gè)質(zhì)子、5000個(gè)中子和5000個(gè)電子構(gòu)成。

量子力學(xué)認(rèn)為，微觀粒子有時(shí)會(huì)顯示出波動(dòng)性（此時(shí)粒子性較為不顯著），有時(shí)又會(huì)顯示出粒子性（這時(shí)波動(dòng)性較為不顯著），在不同的條件下分別表現(xiàn)出波動(dòng)或粒子的性質(zhì)，這種行為被稱為波粒二象性。它是量子力學(xué)的基要概念，是專門針對(duì)經(jīng)典概念無(wú)法完整描述量子物體的物理行為而提出的假說(shuō)，其或許很難想象，但卻可以在實(shí)驗(yàn)室中得到證明。

譬如在著名的雙縫實(shí)驗(yàn)中，從小孔中射出的光，通過(guò)兩道狹縫投到屏幕上，會(huì)形成一系列明暗交替的條紋，這就是聞名遐邇的雙縫干涉條紋，光子通過(guò)縫隙時(shí)似乎產(chǎn)生了類波動(dòng)的行為，而所有微觀粒子都會(huì)顯示出波動(dòng)性與粒子性。奇怪的是，按波粒二象性假說(shuō)，更大的對(duì)象——宏觀物體也應(yīng)該能測(cè)量到波粒二象性的疊加態(tài)，如病毒、細(xì)胞，甚至是棒球這么大的物體。但顯然，我們沒(méi)在任何地方看到過(guò)一個(gè)棒球呈現(xiàn)出量子疊加態(tài)。

這被認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)也無(wú)法逾越的困難。但物理學(xué)家們已經(jīng)觀察到了波粒二象性的質(zhì)子、原子和越來(lái)越大的分子，如巴基球。這就引出了一個(gè)有趣的問(wèn)題：既然宏觀物體因?yàn)橘|(zhì)量過(guò)大而無(wú)法觀察到微小的波動(dòng)性，那么，究竟多大的物體才能觀察到明顯的波動(dòng)性呢？

奧地利維也納大學(xué)桑德拉·艾本伯格及其合作者回答了這個(gè)問(wèn)題。他們創(chuàng)建了卟啉核全氟烷基鏈的樹樣分子，名稱為C284.H190.F320.N4.S12。在這個(gè)超過(guò)800個(gè)原子的巨大分子中可觀察到波動(dòng)性的行為，而通過(guò)一系列狹縫實(shí)驗(yàn)的證明，其已打破了關(guān)于量子疊加態(tài)的觀察紀(jì)錄。研究人員表示該分子由單一化合物組成，包含大約5000個(gè)質(zhì)子、5000個(gè)中子以及5000個(gè)電子，其具有相對(duì)較低的分子間結(jié)合力，因此比較不穩(wěn)定，但在加熱時(shí)相對(duì)穩(wěn)定。

該結(jié)果被認(rèn)為在波粒二象性的檢測(cè)以及對(duì)宏觀物體的量子疊加觀察兩方面，均作出了極為顯著的進(jìn)步。（張夢(mèng)然）

新聞來(lái)源：http://www.wokeji.com/shouye/guoji/201311/t20131114_583535.shtml