进入量子物理学世界的任何人都必须为日常生活中许多未知的事物做好准备:稀有气体形成化合物,原子同时表现为粒子和波,并且在宏观世界中相互排斥的事件同时发生。
在量子物理学世界中,ReinhardDörner和他的团队正在研究不存在的分子-在大多数教科书中-不存在:具有两个原子的氦化合物,称为氦二聚体。氦被称为稀有气体正是因为它不形成任何化合物。但是,如果将气体冷却到仅比绝对零(负273°C)高10度,然后通过一个小喷嘴将其泵入真空室,这使它变得更冷,然后(很少)形成这种氦二聚体。它们是宇宙中最弱的键合稳定分子,并且分子中的两个原子相应地彼此相距极远。虽然两个原子的化合物通常测量大约1埃(0.1纳米),但氦二聚体平均测量的却是50倍,即52埃。
法兰克福的科学家用一种非常强大的激光闪光照射了这种氦二聚体,这使两个氦原子之间的键略微扭曲了。这足以使两个原子飞散。然后,他们第一次看到氦原子以波浪的形式飞走并将其记录在胶片上。
根据量子物理学,物体同时表现得像一个粒子和一个波,这在轻粒子(光子)中最为人所知,一方面,它们像波一样叠加在一起,它们可以相互堆积或消灭(干扰),但另一方面,“太阳风”可以通过太阳帆推动航天器。
研究人员之所以能够在激光实验中观察到并记录成波形式飞行的氦原子,是因为氦原子仅以一定的概率飞走了:98%的概率仍然与它绑定第二个氦伙伴,以2%的概率飞走了。这两个氦原子波-量子物理学!来了-叠加起来,可以测量它们的干扰。
这种“量子波”的测量可以扩展到具有多个伙伴的量子系统,例如由三个氦原子组成的氦三聚体。该研究的第一作者Maksim Kunitski说,氦三聚体很有趣,因为它可以形成所谓的“外来埃菲莫夫状态”:“这种三粒子系统是俄罗斯理论家维塔利·埃菲莫夫在1970年预测的,并在第一时间得到证实。铯原子五年前,我们在氦气中发现了Efimov状态三聚体。我们现在开发的激光脉冲辐照方法可能使我们将来能够观察到Efimov系统的形成和衰变,从而更好地理解难以通过实验获得的量子物理系统。”