含800个原子的巨大分子打破量子叠加态原观察纪录

含800个原子的巨大分子打破了量子叠加态的原有观察纪录

科技日报讯 量子力学的核心概念之一，就是波粒二象性，所有对象都可以被看作同时具备波的特质及粒子的特质。而据日前发表在arXiv预印本网站上的一篇论文称，维也纳大学的物理学家们完成了迄今最宏观的波粒二象性观察实验，打破了波粒二象性的分子大小原有纪录——这个巨大分子包含超过800个原子，由大约5000个质子、5000个中子和5000个电子构成。

量子力学认为，微观粒子有时会显示出波动性（此时粒子性较为不显著），有时又会显示出粒子性（这时波动性较为不显著），在不同的条件下分别表现出波动或粒子的性质，这种行为被称为波粒二象性。它是量子力学的基要概念，是专门针对经典概念无法完整描述量子物体的物理行为而提出的假说，其或许很难想象，但却可以在实验室中得到证明。

譬如在著名的双缝实验中，从小孔中射出的光，通过两道狭缝投到屏幕上，会形成一系列明暗交替的条纹，这就是闻名遐迩的双缝干涉条纹，光子通过缝隙时似乎产生了类波动的行为，而所有微观粒子都会显示出波动性与粒子性。奇怪的是，按波粒二象性假说，更大的对象——宏观物体也应该能测量到波粒二象性的叠加态，如病毒、细胞，甚至是棒球这么大的物体。但显然，我们没在任何地方看到过一个棒球呈现出量子叠加态。

这被认为是实验也无法逾越的困难。但物理学家们已经观察到了波粒二象性的质子、原子和越来越大的分子，如巴基球。这就引出了一个有趣的问题：既然宏观物体因为质量过大而无法观察到微小的波动性，那么，究竟多大的物体才能观察到明显的波动性呢？

奥地利维也纳大学桑德拉·艾本伯格及其合作者回答了这个问题。他们创建了卟啉核全氟烷基链的树样分子，名称为C284.H190.F320.N4.S12。在这个超过800个原子的巨大分子中可观察到波动性的行为，而通过一系列狭缝实验的证明，其已打破了关于量子叠加态的观察纪录。研究人员表示该分子由单一化合物组成，包含大约5000个质子、5000个中子以及5000个电子，其具有相对较低的分子间结合力，因此比较不稳定，但在加热时相对稳定。

该结果被认为在波粒二象性的检测以及对宏观物体的量子叠加观察两方面，均作出了极为显著的进步。（张梦然）

新闻来源：http://www.wokeji.com/shouye/guoji/201311/t20131114_583535.shtml