量子實驗研究首次證明：巨型分子可同時存在於兩個地方

這項新研究證明了一種前所未見的奇異量子效應。

多虧了量子物理學，大分子可以同時出現在兩個地方。

這是科學家們早就知道理論上可能的事情，這基於一個事實：宇宙中的每個粒子或粒子群同時也是波——甚至大粒子、細菌、人類、行星和恆星也有可能（後者尚未實錘證實）。而波在空間中同時佔據多個位置。所以任何一個物質也可以同時佔據兩個位置。物理學家稱這種現象為「量子疊加」，幾十年來，他們已經用小粒子證明了這一點。

但近年來，物理學家們擴大了實驗規模，用越來越大的粒子來演示量子疊加。現在，在9月23日發表在《自然物理》雜誌上的一篇論文中，一個國際研究小組已經讓由多達2000個原子組成的分子同時佔據了兩個位置。

為了實現這一目標，研究人員在一系列著名古老實驗的基礎上，建立了一個複雜的現代化版本，首次證明了量子疊加。

從高中物理中我們知道，當光穿過有兩個狹縫的薄片時，會在薄片後面的牆上形成幹涉圖樣，或一些明暗條紋。但是光曾被認為是無質量的波，而不是由粒子構成的，所以這個現象並不奇怪。然而，在20世紀20年代的一系列著名實驗中，物理學家們證明，通過薄膜或晶體發射的電子會以類似的方式運動，形成類似於光在衍射材料後面的牆壁上所形成的圖案。

如果電子是簡單的粒子，一次只能佔據空間中的一點，那麼它們就會在薄膜或晶體後面的牆上形成兩條帶，形狀與狹縫大致相同。但實際上，電子以複雜的方式撞擊了這堵牆，這表明電子自身發生了幹擾。這是波浪的信號；在一些地方，波的波峰重合，形成了較亮的區域，而在另一些地方，波峰與波谷重合，形成了較暗的區域。因為物理學家已經知道電子有質量，而且肯定是粒子，所以實驗表明，電子既是粒子又是波。

但用電子產生幹涉圖樣是一回事，用大分子則是另一回事，並且要複雜得多。更大的分子不太容易探測到波，因為更大的物體波長則更短，這可能導致幾乎察覺不到幹涉模式。這些由2000個原子組成的粒子，其波長比單個氫原子的直徑還小，所以它們的幹涉圖樣就不那麼引人注目了。

為完成對大分子物理的雙縫幹涉實驗中，研究人員建立了一個機器，通過一系列帶有多個狹縫的格柵和薄板發射一束分子(體積龐大的「富含氟烷基磺醯鏈的低聚四苯基卟啉」，其質量是單個氫原子的2.5萬倍以上)。科學家們在論文中寫道，這已經足夠大，以至於在設計光束髮射器時，研究人員不得不考慮重力和地球自轉等因素。為了進行量子物理實驗，他們還讓這些分子保持合適的溫度，因為必須考慮到粒子之間的熱碰撞。

但是，當研究人員打開機器時，光束遠端的探測器顯示出了幹涉圖樣。分子同時佔據了空間中的多個點。

研究人員寫道，這是一個令人興奮的結果，此次探測到的量子幹涉在一個比以往都大的尺度上。

作者寫道，「這一次的實驗把量子幹涉的質量規模推進了一個數量級」。

因此，更大的量子幹涉演示即將到來，儘管它可能不會很快通過幹涉儀發射你自己(首先，機器裡的真空就可能會要了你的命)。我們這些巨人只能坐在一旁，看著粒子們盡情享受。