Исследователи продемонстрировали волновую природу самых крупных на данный момент молекул в эксперименте по квантовой интерференции на дифракционной решетке. Работа опубликована в журнале Nature Nanotechnology. Эксперимент с квантовой интерференцией некоторые исследователи называли “самым красивым” в истории физики.
В новой работе экспериментаторы использовали краситель фталоцианин молекулярной массой 514 дальтон и его производное массой 1298 дальтон. Молекулы красителей находились на внутренней стенке вакуумной камеры, испарялись лазером и направлялись в сторону дифракционной решетки. На решетке были нанесены щели шириной около 10 нанометров, проходя через которые, краситель попадал на стеклянное окно. Собранные молекулы возбуждались вторым лазером, и возникающая флюоресценция регистрировалась специальной камерой. Процесс появления и накопления флюоресцентных точек экспериментаторы записали на видео.
В рамках классической механики тела, ведущие себя как частицы, должны формировать при прохождении препятствия равномерное распределение. Свет, проходя сквозь решетку, напротив, интерферирует и образует полосы. Волновая теория света рассматривает интерференцию как результат сложения или вычитания нескольких (как минимум двух) волн в зависимости от их фазы, что приводит к образованию полос. В данном эксперименте частицы (молекулы красителя) образуются настолько медленно, что проходят сквозь решетку по одной. Образование интерференционных волн в таком случае противоречит интуиции и может объясняться только квантовой интерференцией их волновых функций.
Ранее физики уже демонстрировали квантовую интерференцию на примере прохождения решетки электронами, нейтронами, атомами и некоторыми молекулами. Чем больше масса частицы, тем меньше её длина волны и тем сложнее изготовить щели для подобного эксперимента. Самой крупной молекулой, чье волновое поведение продемонстрировано в подобном эксперименте до настоящего момента был фуллерен С60 с молекулярной массой 721 дальтон. Фталоцианины были использованы авторами из-за их флюоресцентных свойств и стабильности в вакууме. В быту они применяются для изготовления активного слоя CD-R дисков.
Знаменитый ученый Ричард Фейнман считал, что подобный эксперимент, проведенный на электронах, "лежит в сердце квантовой физики" и является её "единственной загадкой".