Превращение атомов в квантовые волны впервые удалось снять на камеру

На изображении видны острые красные точки флуоресцирующих атомов. Они превращаются в нечеткие капли волновых пакетов. Впервые физики получили визуальное представление о том, как это происходит, пишет Live Science.

Предложенный французским физиком Луи де Бройлем в 1924 году и расширенный Эрвином Шредингером два года спустя волновой корпускулярный дуализм утверждает, что все объекты квантового размера, а следовательно, и вся материя, существуют как частицы и волны одновременно. Знаменитое уравнение Шредингера обычно интерпретируется физиками как утверждение, что атомы существуют как пакеты волнообразной вероятности в пространстве, которые затем при наблюдении схлопываются в дискретные частицы. Это причудливое свойство квантового мира, хоть оно и противоречит здравому смыслу, было подтверждено в многочисленных экспериментах.

Чтобы отобразить нечеткую двойственность, физики сначала охладили атомы лития до температур, близких к абсолютному нулю, бомбардируя их фотонами или световыми частицами из лазера, чтобы лишить их импульса. Как только атомы охлаждались, новые лазеры захватывали их в оптическую решетку в виде дискретных пакетов. После этого исследователи периодически выключали и включали оптическую решетку, преобразуя атомы из ограниченного состояния, близкого к частице, до состояния, напоминающего волну, а затем обратно.

Камера микроскопа зафиксировала свет, излучаемый атомами в состоянии частицы в два разных момента времени. Между этими моментами атомы вели себя как волны. Собрав множество изображений, ученые построили форму волны и наблюдали, как она расширяется со временем, что полностью соответствует уравнению Шредингера.

Полученное изображение — это первый шаг. Следующим шагом специалистов будет использование увиденного для изучения систем сильно взаимодействующих атомов. «Изучение таких систем может улучшить наше понимание странных состояний материи, например тех, которые обнаружены в ядре чрезвычайно плотных нейтронных звезд или кварк-глюонной плазмы, которая, как полагают, существовала вскоре после Большого взрыва», — заключают специалисты.

Ранее ученые создали сверхточные атомные часы.