Η μετάβαση από την κβαντική στην κλασσική φυσική γίνεται παρατηρήσιμη

Από την ιστοσελίδα Physics News update του ΑIP, Φεβρουάριος 2004

Φυσικοί στην Αυστρία παρατήρησαν την μετάβαση από την κβαντομηχανική συμπεριφορά της ύλης στην κλασσική συμπεριφορά. Τα αντικείμενα που άλλαξαν συμπεριφορά ήτα μόρια άνθρακα-70 με μια διάμετρο της τάξης του 1nm.

Ο Anton Zeilinger και οι συνεργάτες του στο πανεπιστήμιο της Βιέννης είναι ειδικοί στο να κάνουν μεγάλα αντικείμενα, όπως π.χ. μόρια του άνθρακα-70, να εμφανίζουν την κυματική τους συμπεριφορά αντί για την σωματιδιακή. Μπορούν για παράδειγμα να στείλουν μια δέσμη C-70 προς ένα φράγμα όπου τα μόρια συμπεριφέρονται σα να ήταν κύματα ανάλογα με τα φωτεινά κύματα. Τα μόρια σκεδάζονται κατά τέτοιο τρόπο στις σχισμές του φράγματος ώστε όταν καταγραφούν στην συνέχεια από ανιχνευτές να δίνουν σχηματισμούς συμβολής ανάλογους με τους φωτεινούς και σκοτεινούς κροσσούς κατά τα πειράματα συμβολής του φωτός. Τώρα οι φυσικοί αυτοί χρησιμοποίησαν την ίδια βασική διάταξη για να μελετήσουν πως χάνεται η κβαντομηχανική συμπεριφορά και περνάμε στην κλασσική.

Η απώλεια της κβαντικής συμπεριφοράς (γνωστή ως Decoherence,) είναι ένα καυτό θέμα στη φυσική. Πρόκειται για τη διαδικασία με την οποία τα κβαντικά αντικείμενα (στην περίπτωσή μας τα μόρια C-70 που συμπεριφέρονται ως κύματα) χάνουν την κυματομηχανική τους συμπεριφορά καθώς αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον. Η καταστροφή αυτή της υπέρθεσης των κβαντικών καταστάσεων βρίσκεται στο ενδιάμεσο μεταξύ του κλασσικού κόσμου (σφαίρες του μπιλιάρδου) και του κβαντικού κόσμου (συμβολή καταστάσεων). Η κατανόηση λοιπόν πως προκύπτει η καταστροφή της υπέρθεσης θα μας είναι πολύτιμη όταν θα χρησιμοποιήσουμε τον κβαντικό κόσμο για να για να κάνουμε κβαντικούς υπολογιστές ή να μεταφέρουμε κβαντική πληροφορία.

Στο νέο τους πείραμα οι ερευνητές της Βιέννης κατέγραψαν τον σχηματισμό συμβολής αρκετές φορές με μια ποικιλία δεσμών από C-70. Η ομάδα αρχικά θέρμανε τα μόρια C-70 στέλνoντας τη δέσμη μέσω ενός συστήματος λέιζερ το οποίο την θερμαίνει γύρω στους 5.000 βαθμούς. Κάθε δέσμη στα ξεχωριστά πειράματα διαφέρει σε θερμοκρασία από τις άλλες. Αυτό επιτυγχάνεται με διαφορετική ένταση λέιζερ που χρησιμοποιήθηκε για να διεγείρει και να δώσει θερμική ενέργεια στα άτομα των μορίων.

Κανείς θα περίμενε ότι τα θερμότερα μόρια, ακτινοβολώντας την επιπλέον θερμική ενέργεια που τους δόθηκε υπό μορφή φωτονίων, θα βρίσκονταν σε στενότερη επαφή με το περιβάλλον τους σε σύγκριση με τα πιο ψυχρά μόρια, κι έτσι θα ήταν πιο εύκολο να χάσουν την πολύτιμη απομόνωση που χρειάζεται για να κρατήσουν την κβαντική τους συμπεριφορά.

Μια συνέπεια αυτού θα ήταν ότι τα ψυχρότερα άτομα θα δείχνουν πιο οξείς σχηματισμούς συμβολής σε σύγκριση με τις πιο θερμές δέσμες. Αυτό πράγματι επαληθεύτηκε με τα πειράματα. Η διαδοχική χρήση δεσμών ολοένα και πιο θερμών, εμφάνισε μια σταθερή μείωση της κβαντικής συμπεριφοράς της δέσμης.

Η ομάδα της Βιέννης βρήκε ότι κάτω από τους 1000ο εμφανίζονταν καλά σχηματισμένοι κροσσοί συμβολής. Όταν όμως τα άτομα των μορίων ήτα πιο θερμά και εξέπεμπαν φωτόνια λόγω θερμικής ακτινοβολίας, οι κροσσοί προοδευτικά εξαφανίζονταν.

Επειδή τα φωτόνια αυτά μπορούσαν κατ' αρχήν να προσδιοριστούν από ποια σχισμή του φράγματος προήλθαν και να αποκαλύψουν έτσι την πορεία των μορίων της δέσμης, η κβαντική συμπεριφορά ως κύμα χάνεται.

Η ομάδα τώρα ελπίζει να παρατηρήσει την απώλεια της κβαντικής συμπεριφοράς σε ακόμη μεγαλύτερα αντικείμενα, όπως είναι οι πρωτεΐνες.

Τα αποτελέσματα αυτά εξηγούν γιατί στον μακροσκοπικό κόσμο μας που η θερμική συμπεριφορά είναι κυρίαρχη, δεν παρατηρούμε και κβαντική συμπεριφορά των αντικειμένων.

Αναφορά:(Hackermuller et al., Nature, 19 February 2004.)