A kvantummechanika törvényei alapján a világban semmi sem érheti el a teljes nyugalmat; minden részecske folyamatos mozgásban van, még akkor is, ha ezt a szemünk nem észleli.
Egy friss felfedezés szerint a kvantummechanika törvényei nem csupán a mikroszkopikus világra korlátozódnak, hanem nagyobb méretekben is érvényesek.
"A kvantummechanika alapelvei alapján egyetlen objektum sem maradhat teljesen nyugalomban. Az objektum méretének növekedésével a nullponti fluktuációk egyre kisebbé válnak, ami megnehezíti a megfigyelésüket" - magyarázta Lorenzo Dania, az ETH Zürich kutatója az egyetem hivatalos közleményében. A fluktuációk, amelyeket Dania említett, azok az apró ingadozások, amelyek folyamatosan jelen vannak egy tárgy, vagy a nagyobb rendszerek alkotóelemeinek esetében, még akkor is, ha azok látszólag teljes nyugalomban vannak. Ezek az oszcillációk sosem állnak meg, csupán bizonyos esetekben annyira finomak, hogy szinte lehetetlen őket észlelni.
A fizikusok évtizedek óta fáradoznak azon, hogy megfejtsék, miként érvényesülnek a kvantummechanika törvényei a nagyobb méretskálákon. E kutatások keretében még egy medveállatkát is megpróbáltak kvantumbitekkel összefonódott állapotba hozni. Azonban a megfigyelés egyre bonyolultabbá válik, ahogy a vizsgált objektumok vagy élőlények mérete nő. Az ETH Zürich legújabb kísérlete során egy szokatlanul nagy alanyt vizsgáltak: egy több százmillió atomból álló halmazt, amelyben az apró gömböcskék szorosan egymás mellett helyezkedtek el.
A "nano-üveggömb" ennek ellenére még mindig mikroszkopikus méretű maradt, és szabad szemmel észlelhetetlen, hiszen átmérője még egy hajszálnál is vékonyabb.
A kutatók az üveggömböcskéket egy átlátszó tárolóban vákuumba helyezték, majd polarizált lézerrel világították meg a tároló egy pontját, emiatt a részecskék összhangba kerültek a lézer elektromos terével, és így megőrizték a stabilitásukat. A lebegő gömbök megszabadultak a gravitáció hatásától, és látszólag teljesen mozdulatlan állapotba kerültek, de közelebbről megfigyelve bebizonyosodott, hogy remegnek, méghozzá nagyon gyorsan: másodpercenként közel egy milliószor mozdultak el, alkalmanként néhány ezredfokkal.
A kutatók első ízben tudták ilyen kiterjedésű méretskálán igazolni a nullponti fluktuáció létezését, valamint azt, hogy a kvantummechanika elvei érvényesültek a részecskék viselkedésében. A vizsgált halmaz mozgását 92%-ban a kvantumfizika törvényei, míg 8%-ban a klasszikus fizika szabályai határozták meg, ami azt jelzi, hogy a kvantumos jelenségek domináltak, és a kvantumos tisztaság rendkívül magas, 92%-os volt.
A kísérlet másik különlegességét az adta, hogy mindezt extrém hűtés nélkül, szobahőmérsékleten valósították meg, pedig a kvantumfizikai vizsgálatokban általában nagyon alacsony hőmérsékletre van szükség a nemkívánatos hatások kizárásának érdekében. A jövőben a vizsgálat eredményeit felhasználhatják például jobb kvantumszenzorok építéséhez, amelyek az orvostudományban vagy akár a navigáció területén is hatékony eszközökké válhatnak.
(Fotó: Lorenzo Dania, ETH Zurich)
