Η κατασκευή αυτής της κβαντικής “γάτας”, δείχνει ότι τα κβαντικά φαινόμενα μπορούν να εμφανιστούν σε μεγαλύτερη κλίμακα από αυτήν που περιμέναμε.

Οι επιστήμονες έθεσαν ένα ταλαντευόμενο κομμάτι κρυστάλλου από ζαφείρι, σε αυτό που είναι γνωστό ως “κατάσταση γάτας”, κατά την οποία ένα αντικείμενο υπάρχει ταυτόχρονα σε δύο διαφορετικές καταστάσεις. Πρόκειται για ένα φαινόμενο που θυμίζει το αγαπημένο, φανταστικό αιλουροειδές των φυσικών, τη γάτα του Schrödinger, γνωστή για το θεωρητικό, νοητικό πείραμα που είναι ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα.

Η νέα “γάτα” από ζαφείρι έχει μάζα 16 μικρογραμμάρια, πράγμα που την καθιστά ένα αρκετά βαρύ αντικείμενο στο πλαίσιο της κβαντομηχανικής. Η μάζα του είναι σχεδόν η μισή μιας βλεφαρίδας και 100 τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τις προηγούμενες “γάτες” που έχουν δημιουργηθεί με μόρια. “Φτάσαμε σε ένα νέο καθεστώς που μπορούμε να παρατηρήσουμε κβαντομηχανικά φαινόμενα”, λέει ο φυσικός Yiwen Chu του ETH της Ζυρίχης.

Την δεκαετία του 1930, ο φυσικός Erwin Schrödinger διατύπωσε την παραβολή της γάτας που τοποθετείται μέσα σε ένα κουτί και λόγω κβαντικών φαινομένων, είναι ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα (SN: 26/5/16). Αν και αυτό το παράδοξο σενάριο δεν συμβαίνει στον κόσμο που βιώνουμε εμείς, τα κβαντικά σωματίδια μπορούν να έρθουν σε κατάσταση υπέρθεσης, δηλαδή να βρίσκονται σε δύο καταστάσεις την ίδια στιγμή.

Τα κβαντικά φαινόμενα συνήθως περιορίζονται σε άτομα, μόρια και παρόμοια σωματίδια της μικροσκοπικής κλίμακας. Ο καθημερινός κόσμος που είναι ορατός στα ανθρώπινα μάτια δεν παρουσιάζει κβαντικές ιδιότητες. Οι επιστήμονες μπορούν μόνο να εξαναγκάσουν ορισμένα μικροσκοπικά αντικείμενα να εμφανίσουν κβαντικά χαρακτηριστικά (SN: 4/25/18). Ωστόσο, δεν υπάρχει πλήρης κατανόηση του κβαντικού ορίου, όπου από εκεί και πέρα τα φαινόμενα της κβαντομηχανικής παύουν να εμφανίζονται και η πραγματικότητα “καταρρέει” στην κλασική μηχανική.

Οι καταστάσεις γάτας είναι μια ειδική κατηγορία κβαντικής συμπεριφοράς που προσπαθεί να πλησιάσει την αναπαραγωγή της ιδέας του Schrödinger. Πρόκειται για υπέρθεση δύο καταστάσεων που είναι διακριτές σύμφωνα με την κλασική φυσική – όπως μια ζωντανή ή νεκρή γάτα -, η οποία περιγράφει τον καθημερινό κόσμο, σε αντίθεση με δύο καταστάσεις, που υπάρχουν μόνο στο κβαντικό πεδίο, όπως τα ενεργειακά επίπεδα ενός ατόμου.

Σε αυτό το πείραμα, οι ερευνητές έθεσαν σε ταλάντωση ένα τμήμα του ζαφειρένιου κρυστάλλου με τέτοιο τρόπο ώστε τα άτομά του να κινηθούν προς δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Αυτή είναι μια διάκριση που “συλλαμβάνει το πνεύμα” της γάτας του Schrödinger, όπως δήλωσε ο Chu.

Η κίνηση αυτή περιορίστηκε σε ένα μέρος του κρυστάλλου που αποτελείται από 100 εκατομμύρια δισεκατομμύρια άτομα. Αυτό το κομμάτι είναι αρκετά μεγάλο ώστε, αν αποσπαστεί από τον υπόλοιπο κρύσταλλο, να είναι ορατό με γυμνό μάτι, λέει ο Chu.

“Μόλις τώρα αρχίσαμε να κατανοούμε πραγματικά αυτό το ενδιάμεσο καθεστώς”, δηλώνει ο Benjamin Sussman του Πανεπιστημίου της Οτάβα, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη. “Έχει πραγματικά πολύ ενδιαφέρον να δούμε πώς αυτά τα κβαντικά συστήματα κλιμακώνονται και πώς συμπεριφέρονται”.

Παραπομπές:

M. Bild et al. Schrödinger cat states of a 16-microgram mechanical oscillator. Science. Vol. 380, April 21, 2023, p. 274. doi: 10.1126/science.adf7553.