Граница между классической и квантовой физикой до сих пор остаётся размытым понятием. Мы уверенно наблюдаем квантовые эффекты на уровне элементарных частиц — электронов, атомов, отдельных молекул. Однако чем крупнее объект, тем труднее зафиксировать его квантовое поведение. Считалось, что на масштабах, близких к повседневным или инженерным, квантовые законы уступают место классической физике. Новый эксперимент показывает, что это представление нуждается в пересмотре.

Квантовый эксперимент за пределами привычных масштабов

Исследователи из University of Vienna провели эксперимент, который по своей сути является современной версией классического двухщелевого опыта.

Впервые аналог этого эксперимента был поставлен ещё в 1801 году Томасом Юнгом — задолго до появления квантовой механики как теории. Тогда он продемонстрировал волновую природу света. Теперь же учёные повторили подобный принцип, но уже с объектами, которые трудно назвать «микроскопическими» в квантовом смысле.

Частицы, которые «слишком большие» для квантовой механики — или нет

В качестве объекта исследования использовались наночастицы натрия диаметром около 8 нанометров. Это сопоставимо с размерами элементов современных полупроводниковых транзисторов.

Каждая частица представляла собой кластер из 5 000–10 000 атомов и имела массу более 170 000 атомных единиц массы — значительно больше, чем у большинства белков. До сих пор подобные объекты считались слишком массивными, чтобы демонстрировать чисто квантовое поведение.

Как удалось зафиксировать суперпозицию

Подготовленные и охлаждённые кластеры натрия пропускали через систему из трёх дифракционных решёток. Эти решётки формировались ультрафиолетовыми лазерами в виде стоячих волн и создавали условия для возникновения нескольких возможных траекторий движения частиц одновременно.

Итог оказался однозначным: на выходе установки возникла устойчивая интерференционная картина. Это означает, что волновая функция центра масс каждой наночастицы распространялась сразу по нескольким путям. Иначе говоря, частица находилась в квантовой суперпозиции, несмотря на свои внушительные размеры.

Все полученные данные полностью согласуются с расчётами в рамках квантовой механики и не требуют введения дополнительных гипотез.

«Кошка Шрёдингера» вне учебников

Подобные состояния часто называют «состояниями кошки Шрёдингера» — по аналогии с мысленным экспериментом Эрвин Шрёдингер, в котором объект одновременно пребывает в нескольких взаимоисключающих состояниях до момента наблюдения.

Новый эксперимент показывает, что эта идея — не просто философская иллюстрация, а реальное физическое явление, способное проявляться на масштабах, приближающихся к технологически значимым.

Почему это важно

Главный результат работы — не просто демонстрация очередного «квантового чуда». Учёные фактически расширили верхнюю границу размеров объектов, для которых экспериментально подтверждена квантовая суперпозиция, примерно в десять раз по сравнению с предыдущими исследованиями.

Это означает, что квантовые законы продолжают действовать далеко за пределами мира элементарных частиц. Более того, именно такие эксперименты прокладывают путь к практическому использованию квантовых эффектов в будущем — от новых типов сенсоров до элементов квантовых вычислительных систем.

Итог

Квантовая механика вновь напомнила, что её границы гораздо шире, чем принято считать. «Кошка Шрёдингера» выросла до размеров нанотехнологий, и нет уверенности, что это предел.

Каждый подобный эксперимент не только углубляет понимание фундаментальных законов природы, но и приближает момент, когда квантовые явления станут частью повседневных технологий, а не только предметом учебников и мысленных экспериментов.