Nella meccanica quantistica le particelle possono comportarsi come onde e prendere molti percorsi attraverso un esperimento. Richiede solo combinazioni di coppie di percorsi, piuttosto che tre o più, determinare la probabilità che una particella arrivi da qualche parte. I ricercatori delle università di Vienna e Tel Aviv hanno affrontato per la prima volta questa domanda in modo esplicito utilizzando l'interferenza delle onde di grandi molecole dietro varie combinazioni di singole, Doppio, e tripla fessura.

La meccanica quantistica descrive come si comporta la materia sulle scale di massa e lunghezza più piccole. Però, l'assenza di fenomeni quantistici nella nostra vita quotidiana ha innescato una ricerca di modifiche minime della meccanica quantistica, che potrebbe essere evidente solo per particelle massicce. Un candidato è quello di cercare la cosiddetta interferenza di ordine superiore. Nella meccanica quantistica standard, lo schema di interferenza risultante da un numero arbitrario di cammini aperti non interagenti può sempre essere descritto da tutte le combinazioni di coppie di cammini. Qualsiasi modello rimanente sarebbe dovuto a un'interferenza di ordine superiore e sarebbe un possibile indicatore per una nuova fisica.

Sebbene questa regola sia stata testata in precedenza con radiazioni luminose e a microonde, ricercatori delle Università di Vienna e Tel Aviv hanno ora condotto per la prima volta un esperimento dedicato con molecole massicce. "L'idea è nota da più di vent'anni. Ma solo ora abbiamo i mezzi tecnologici per mettere insieme tutti i componenti e costruire un esperimento in grado di testarlo con molecole massicce, "dice Christian Brand, uno degli autori dello studio.

Diffrazione dell'onda della materia multi-fessura

Nei loro esperimenti all'Università di Vienna, i ricercatori del Quantum Nanophysics Group guidato da Markus Arndt hanno preparato complesse molecole organiche come onde di materia. Ciò è stato ottenuto facendoli evaporare da un punto di dimensioni micron in alto vuoto e lasciandoli evolvere liberamente per un po' di tempo. Dopo un po, ogni molecola delocalizzata, diffondendosi in più luoghi contemporaneamente. Ciò significa che quando ogni molecola incontra una maschera contenente più fenditure, può attraversare molte delle fenditure in parallelo. Confrontando attentamente la posizione delle molecole che arrivano al rivelatore dietro una combinazione di molecole singole, fenditure doppie e triple sono stati in grado di porre limiti a qualsiasi contributo multipercorso.

Tecnologia abilitante per la nanofabbricazione

Un componente cruciale dell'esperimento è la maschera, una membrana ultrasottile in cui sono inseriti array di sono state realizzate doppie e triple fenditure. È stato progettato e fabbricato da Yigal Lilach e Ori Cheshnovsky presso l'Università di Tel Aviv. Hanno dovuto progettare una maschera di diffrazione, dove la massima deviazione nelle dimensioni della fenditura non era molto maggiore della dimensione delle molecole che stava diffrangendo. La maschera è stata integrata nel laboratorio di Vienna e i ricercatori hanno studiato un'ampia gamma di velocità molecolari nella stessa corsa sperimentale. Per tutti loro, gli scienziati hanno scoperto che il modello di interferenza segue le aspettative della meccanica quantistica standard con un limite superiore nella deviazione di meno di una particella su cento. "Questa è la prima volta che viene condotto un test esplicito di questo tipo con particelle massicce", dice Joseph Cotter, il primo autore di questa pubblicazione. "I test precedenti hanno spinto le frontiere con i singoli fotoni e le microonde. Nel nostro esperimento, poniamo limiti all'interferenza di ordine superiore di oggetti massicci".

Lo studio è pubblicato su Progressi scientifici .