研究人員證實，一個由7000個鈉原子組成的納米顆?？梢员憩F(xiàn)出波動性，創(chuàng)造了疊加態(tài)的新紀錄。

物理學家已將數(shù)千個原子置于"薛定諤的貓"態(tài)——打破了在量子態(tài)下被觀測到的最宏觀物體的紀錄。在一項新研究中，研究人員觀測到由7000個鈉原子組成的納米顆粒作為一個整體波進行運動，將奇異的量子力學世界推向了新邊界。基于此項研究，未來的實驗或許最終能將生物分子置于量子態(tài)，從而開辟研究其物理特性的新途徑。

實驗中，研究團隊產(chǎn)生了一束鈉納米顆粒流，并將其射向一個狹窄狹縫。他們發(fā)表于1月21日《自然》期刊的研究結果顯示，鈉納米顆粒在穿過狹縫后擴散并產(chǎn)生了干涉圖樣，表現(xiàn)出了被稱為"波粒二象性"的奇異量子行為。這些鈉納米顆?，F(xiàn)已共同創(chuàng)下了在量子疊加態(tài)中被觀測到的最宏觀物體的紀錄。

"通常人們想到量子力學時，會把它與微小的事物聯(lián)系起來，比如光子或電子。"該研究的主要作者、維也納大學物理學家塞巴斯蒂安·佩達利諾告訴《生活科學》雜志，"但量子力學本身并未設定任何界限。這正是我們在驗證的。"

既在此處，又在彼處

在量子領域，粒子可以既在此處又在彼處。這種奇異現(xiàn)象被稱為量子疊加。

量子物理學家埃爾溫·薛定諤曾用"薛定諤的貓"來比喻：將一只貓與一瓶毒藥放入密封盒子，毒藥瓶的釋放機關連接著一個放射性源，該源的衰變會觸發(fā)機關。這意味著盒子密封后，貓可能在任何時刻死去。這使貓?zhí)幱诩人烙只畹寞B加態(tài)。只有打開盒子觀察貓時，疊加態(tài)才會坍縮，貓的狀態(tài)才會被確定為要么死亡，要么存活。

令人難以置信的是，這正是微觀粒子在量子尺度上的行為方式：在被觀測前，它們同時處于多個位置，并同時表現(xiàn)出粒子性和波動性。

這個奇異世界引發(fā)了一個問題：量子世界與我們?nèi)粘Ｓ^察到的世界之間的邊界在哪里？粒子從何時開始表現(xiàn)出波動性？

我們之所以沒有在日常生活中處處看到量子疊加現(xiàn)象，是因為一個稱為"退相干"的過程。如果處于量子疊加態(tài)的物體與其環(huán)境發(fā)生相互作用，它就會退相干，不再同時處于此處和彼處；相反，它會被"固定"在一個確定位置。宏觀物體持續(xù)與環(huán)境相互作用，因此無法維持量子疊加態(tài)。因此，試圖觀測更大粒子表現(xiàn)出波動性的真正挑戰(zhàn)在于將其隔離，使其能保持相干的量子疊加態(tài)。

探尋干涉

在這項新研究中，佩達利諾嘗試觀測鈉大納米顆粒處于量子疊加態(tài)。為此，他和團隊將幾克鈉轉(zhuǎn)化為納米顆粒束，然后將其射向一個狹窄狹縫。

如果鈉納米顆粒處于量子疊加態(tài)，這意味著它穿過狹縫后會像波一樣擴散，從而產(chǎn)生干涉圖樣。然而，如果它退相干并開始表現(xiàn)得像經(jīng)典粒子，鈉顆粒會筆直穿過狹縫，團隊只會觀測到一條平直線。

"整整兩年，我看到的都是平直線，"佩達利諾說，"我們試圖看到干涉圖樣，但結果總是平直線。最終，平直線實際上沒有幫助，因為它無法給出結論。"

終于，他們在探測器上一直看到的那條單一線條變寬，變成了明確無誤的干涉圖樣——這意味著鈉納米顆粒同時表現(xiàn)出粒子性和波動性。

"那一刻簡直難以置信，"佩達利諾回憶道，"當時已是深夜，我打電話給我的教授。他回到實驗室，我們一直測量到凌晨三點，直到鈉樣品耗盡。"

研究團隊計算出這些鈉納米顆粒的"宏觀性"（一種描述量子物體向經(jīng)典世界延伸程度的物理量）為15.5，將之前的宏觀性紀錄提高了一個數(shù)量級。

這項發(fā)現(xiàn)為未來的實驗打開了大門，科學家有望在量子疊加態(tài)下觀測病毒或蛋白質(zhì)等生物材料。該實驗代表了一個重大進步，使這種奇異的量子現(xiàn)象離現(xiàn)實世界前所未有地接近。

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