I kvantmekanik kan partiklar bete sig som vågor och ta många vägar genom ett experiment. Det kräver bara kombinationer av par vägar, snarare än tre eller fler, för att bestämma sannolikheten för att en partikel kommer någonstans. Forskare vid universiteten i Wien och Tel Aviv har tagit upp denna fråga för första gången uttryckligen med hjälp av våginterferens för stora molekyler bakom olika kombinationer av singel, dubbel, och trippel slitsar.

Kvantmekanik beskriver hur materia beter sig på de minsta mass- och längdskalorna. Dock, frånvaron av kvantfenomen i vårt dagliga liv har utlöst ett sökande efter minimala modifieringar av kvantmekanik, som kanske bara märks för massiva partiklar. En kandidat är att söka efter så kallad störning av högre ordning. I standardkvantmekanik, interferensmönstret som härrör från ett godtyckligt antal icke-interagerande öppna vägar kan alltid beskrivas av alla kombinationer av par av banor. Eventuellt kvarvarande mönster skulle bero på störningar av högre ordning och vara en möjlig indikator för ny fysik.

Även om denna regel har testats tidigare med ljus- och mikrovågsstrålning, forskare vid universiteten i Wien och Tel Aviv har nu för första gången kört ett dedikerat experiment med massiva molekyler. "Idén har varit känd i mer än tjugo år. Men först nu har vi de tekniska medlen för att få ihop alla komponenter och bygga ett experiment som kan testa det med massiva molekyler, säger Christian Brand, en av författarna till studien.

Vågdiffraktion med flera slitsar

I sina experiment vid universitetet i Wien, forskare från Quantum Nanophysics Group under ledning av Markus Arndt förberedde komplexa organiska molekyler som materievågor. Detta uppnåddes genom att förånga dem från en mikronstor plats i högvakuum och låta dem utvecklas fritt under en tid. Efter ett tag, varje molekyl delokaliserad, sprider sig på många ställen samtidigt. Detta betyder att när varje molekyl stöter på en mask som innehåller flera slitsar, det kan korsa många av slitsarna parallellt. Genom att noggrant jämföra positionen för molekyler som anländer till detektorn bakom en kombination av enkel-, dubbel- och trippelslitsar kunde de sätta gränser för alla flervägsbidrag.

Nanofabrication möjliggörande teknik

En avgörande komponent i experimentet är masken-ett ultratunt membran i vilket matriser med enkel-, dubbel- och trippel-slitsar tillverkades. Det designades och tillverkades av Yigal Lilach och Ori Cheshnovsky vid Tel Aviv University. De var tvungna att konstruera en diffraktionsmask, där den maximala avvikelsen i slitsdimensionerna inte var mycket större än molekylernas storlek den diffrakterade. Masken integrerades i Wien -laboratoriet och forskarna studerade ett brett spektrum av molekylhastigheter i samma experimentella körning. För dem alla, forskarna fann att interferensmönstret följer förväntningarna hos standardkvantmekanik med en övre gräns i avvikelsen från mindre än en partikel på hundra. "Detta är första gången ett sådant test har utförts med massiva partiklar", säger Joseph Cotter, den första författaren till denna publikation. "Tidigare test har drivit gränserna med enstaka fotoner och mikrovågor. I vårt experiment, vi sätter gränser för störningar av högre ordning på massiva föremål. "

Studien publiceras i Vetenskapliga framsteg .