Τα σωματίδια και τα κύματα είναι το ένα και το αυτό. Η εν λόγω δυαδική πρόκληση είναι παντού στο σύμπαν, όμως είναι πολύ κρίσιμη σε κβαντικό επίπεδο. Η δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου έχει μελετηθεί για πάνω από έναν αιώνα και έχουν γίνει εκατομμύρια πειράματα, όμως οι επιστήμονες έχουν κάνει κάτι εντελώς διαφορετικό τώρα και μάλιστα το κατέγραψαν με κάμερα.
Σε μια πρωτοφανή στο είδος της εικόνα, οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποθανατίσουν την στιγμή που μεμονωμένα άτομα λιθίου αρχίζουν να λειτουργούν σαν κύματα. Τα αποτελέσματα έχουν καταγραφεί σε μελέτη που δημοσιεύθηκε για αξιολόγηση από ομότιμούς τους.
Οι εξισώσεις που διέπουν αυτό το φαινόμενο ήταν γνωστές από τις πρώτες μέρες της κβαντομηχανικής, οπότε η ομάδα γνώριζε ακριβώς τι να περιμένει. Αυτό περιλαμβάνει όλες τις αλλαγές στο σύστημα, όμως η πρόκληση ήταν στην τεχνική απεικόνισης.
Σε δηλώσεις τους οι συντάκτες της μελέτης Dr. Tarik Yefsah, Joris Verstraten, Dr Tim de Jongh και Dr Bruno Peaudecerf, συνέκριναν τις τεχνικές απεικόνισης με pixel μιας κανονικής ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής. Αρχικά τα άτομα λιθίου ψύχονται στο απόλυτο μηδέν με την χρήση laser. Στην συνέχεια παγιδεύονται σε ένα οπτικό πλέγμα και παράλληλα έχουν χρόνο για να μετατραπούν σε κυματικά πακέτα.
Στην συνέχεια το οπτικό πλέγμα απενεργοποιείται, επιτρέποντας στο ατομικό κύμα να μπορεί να επεκταθεί πριν ενεργοποιηθεί ξανά, ωθώντας το κύμα να επιστρέψει στην κατάσταση σωματιδίου. Το παγιδευμένο άτομο είναι φθορίζον, κάτι που του επιτρέπει να καταγραφεί από το μικροσκόπιο. Η μέθοδος επαναλαμβάνεται πολλές φορές, ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να δειγματίσουν ολόκληρη την πυκνότητα της κυματοσυνάρτησης.
«Τα κυματικά πακέτα είναι μια από τις πιο στοιχειώδεις εκδηλώσεις της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου. Παρά το γεγονός αυτό, εκπληκτικά λίγα πειράματα αφιερώθηκαν στη μέτρηση της επέκτασης ενός κυματοειδούς πακέτου ενός σωματιδίου απευθείας και με καλή ανάλυση, κάτι που κάνουμε στο άρθρο», είπαν οι συγγραφείς. «Εξάλλου, επειδή η συμπεριφορά τους είναι καλά κατανοητή, κάνουν ένα εξαιρετικό αντικείμενο δοκιμής για να συγκριθεί η τεχνική μικροσκοπίας που αναπτύξαμε: ανακτώντας την αναμενόμενη συμπεριφορά, μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ότι η ίδια η μέθοδος απεικόνισης δεν εισάγει καμία σημαντική προκατάληψη».
Η επιλογή του εξοπλισμού και της εγκατάστασης είναι πλήρως κατανοητή και βοήθησε να επιδείξουν την ευρωστία αυτής της τεχνικής για να παρέχουν δεδομένα κβαντικών συμπεριφορών χωρίς να τις επηρεάζουν σημαντικά. Στην κβαντομηχανική ο παρατηρητής είναι μέρος του πειράματος άλλωστε. Το επόμενο βήμα της ομάδας είναι η χρήση της μεθόδου για καταστάσεις που είναι λιγότερο κατανοητές.
Timelapse της NASA μας δείχνει απίστευτα supernova! 20 χρόνια σε 20 δευτερόλεπτα
«Χρησιμοποιώντας την τεχνική απεικόνισης που αναπτύξαμε και δοκιμάσαμε στο άρθρο, σχεδιάζουμε να εξετάσουμε απευθείας τις μικροσκοπικές ιδιότητες των ισχυρά αλληλοεπιδρώντων φερμιονικών συστημάτων. Η συμπεριφορά αυτών των συστημάτων είναι πολύ λιγότερο κατανοητή από τα κυματικά πακέτα που μελετήσαμε στο άρθρο», συνέχισαν οι συγγραφείς. «Αυτό θα μπορούσε για παράδειγμα να βελτιώσει την κατανόησή μας για αξιοσημείωτες καταστάσεις της ύλης, όπως τα εξαιρετικά πυκνά αστέρια νετρονίων ή το πλάσμα των στοιχειωδών σωματιδίων που βρέθηκαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη».
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο ArXiv
