奥地利维也纳大学研究团队在1月出版的《自然》杂志上报告称，他们成功让由数千个钠原子组成的金属纳米粒子同时存在于空间中的两个不同位置。这项实验将量子力学可验证的尺度推向了接近宏观世界的新边界。
粒子质量突破17万原子质量单位
研究团队由马库斯·阿恩特和斯特凡·格利希领导，他们制造的钠纳米团簇直径约8纳米，与现代芯片管元件尺寸相当。每个团簇包含5000至10000个钠原子，质量超过17万原子质量单位(Dalton)，比大多数蛋白质更重。在此之前，物质波干涉实验的质量纪录约为2.8万原子质量单位，由大型复杂分子保持。本次研究直接将这一纪录推升了近6倍，并首次在金属纳米粒子这类材料上实现了量子去域化。
三道光栅制造“薛定谔的金属团块”
实验在超高真空环境下进行，温度降至77K(约零下196摄氏度)。钠团簇依次穿过三道由超快紫外激光脉冲产生的衍射光栅。第一道激光将每个团簇的位置精度控制在约10纳米范围内，为后续的量子叠加创造条件。第二道光栅将每个团簇的波函数分裂为多条路径的叠加态——粒子同时沿多条不同路径穿越实验设备。当这些路径在设备末端重新重叠时，形成了可测量的条纹状干涉图样，与量子理论预测一致。结果显示，粒子的量子态分布于比粒子本身大数十倍的空间范围内。
论文第一作者、博士生塞巴斯蒂安·佩达利诺表示：“直觉上人们会认为如此大的金属团块应像经典粒子一样运动，但它依然能产生干涉，说明量子力学在这个尺度上依然成立。”
宏观性值达15.5.较此前纪录提升约10倍
德国杜伊斯堡-埃森大学的克劳斯·霍恩伯格在过去二十年间建立了该实验所依据的近场干涉理论。他与维也纳大学的斯特凡·尼姆里希特此前提出了“宏观性测度”概念，用于量化不同实验检验量子力学极限的能力。本次实验的宏观性值达到μ=15.5.较此前全球同类实验高出约一个数量级。研究人员指出，若要用电子达到同等检验精度，需将电子的量子叠加态维持约1亿年，而本次实验中的金属纳米粒子仅用了约百分之一秒。
干涉仪同时可用作高精度力传感器
该团队使用的干涉仪还可探测小至10⁻²⁶牛顿的微弱作用力。研究人员计划未来测试更大尺寸的粒子和更多不同材料，进一步将量子实验推向更大尺度。
