Φυσικοί στο πανεπιστήμιο της Σάντα Μπάρμπαρα (UCSB) κατάφεραν πρόσφατα ένα εξαιρετικό επίτευγμα, να κάνουν ένα αντικείμενο ορατό με γυμνό μάτι να βρεθεί σε μια μικτή κβαντική κατάσταση, δηλαδή σε μια υπέρθεση κβαντικών καταστάσεων. Είναι ένα βαρυσήμαντο επίτευγμα, δεδομένου ότι μέχρι τώρα μόνο αντικείμενα σε νανοκλίμακα μπορούν να βρεθούν σε αυτή την κατάσταση, αλλά ακόμη και τότε με μεγάλη προσπάθεια. Αυτό που κάνει το έργο της ομάδας τόσο σημαντικό είναι το γεγονός ότι κατάφεραν να χρησιμοποιήσουν τις αρχές της κβαντικής φυσικής όχι στον μικρόκοσμο, αλλά στο μεγαλύτερο αντικείμενο που έγινε ποτέ. Δεν υπάρχει άλλη ερευνητική ομάδα να καταφέρει τέτοιο έργο για ένα μακροσκοπική (για τα μέτρα του μικρόκοσμου) αντικείμενο, πόσο μάλλον σε αυτό το μέγεθος, αναφέρει το περιοδικό Nature. Η ομάδα τοποθέτησε ένα μικρό μεταλλικό έλασμα (κβαντικό αντηχείο) σε μια κβαντική υπέρθεση, δηλαδή το έλασμα ήταν ταυτόχρονα σε κατάσταση κίνησης (ταλάντωσης) αλλά και ακινησίας, φαινόμενο που δεν μπορούσε κάποιος να το δει παρατηρώντας το έλασμα, αλλά το «συνέλαβαν» τα επιστημονικά όργανα
Η ομάδα του UCSB, με επικεφαλής τον φυσικό Andrew Cleland, χρησιμοποίησε ένα μικρό έλασμα για τα πειράματά της. Αυτοί έψυξαν αρκετά το αντικείμενο (έως μερικά χιλιοστά πάνω από το απόλυτο μηδέν) μέχρι να επιτευχθεί κάτι που είναι γνωστό ως κβαντομηχανική βασική κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι το έλασμα ήταν στην χαμηλότερη κατάσταση ενέργειας που επιτρέπεται θεωρητικά από την κβαντομηχανική. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν τους ιδιόμορφους κανόνες που διέπουν την αλληλεπίδραση των στοιχειωδών σωματιδίων για να θέσουν το έλασμα σε κίνηση, ενώ την ίδια στιγμή το παρατηρούσαν να είναι ακίνητο. Η αρχή αυτή, που ονομάζεται υπέρθεση, αποδεικνυόταν μόνο για μικροσκοπικά σωματίδια κι όχι για τέτοια μεγάλα αντικείμενα (για τον μικρόκοσμο ασφαλώς). Το έλασμα ας σημειωθεί ότι ήταν μήκους 30 μικρόμετρα.
"Κανείς δεν είχε δείξει μέχρι σήμερα ότι αν πάρετε ένα μεγάλο αντικείμενο, με τρισεκατομμύρια άτομα σε αυτό, ότι ισχύει η κβαντική μηχανική και για την κίνησή του," λέει ο επικεφαλής της ομάδας. Λεπτομέρειες σχετικά με αυτό το εκπληκτικό κατόρθωμα, παρουσιάστηκαν επίσης και στο Πόρτλαντ, σε μια συνεδρίαση της American Physical Society (APS). Το αντικείμενο σχεδιάστηκε έτσι ώστε οι κβαντικές καταστάσεις να είναι εξαιρετικά ευαίσθητες στις εξωτερικές επιρροές, πράγμα που σημαίνει ότι αυτές μπορούν να καταστραφούν εύκολα από εξωτερικούς παράγοντες. Το πραγματικό επίτευγμα της ομάδας ήταν να κρατήσουν την υπέρθεση "ζωντανή" σε αυτό το επίπεδο της πολυπλοκότητας.
Το επίτευγμα θεωρείται σημαντικό, αφού όσο μεγαλύτερο είναι ένα αντικείμενο τόσο περισσότερο εξουδετερώνονται οι κβαντικές ιδιότητες. «Συζητούμε για τις περίεργες ιδιότητες της κβαντικής φυσικής και των αντικειμένων που βρίσκονται ταυτόχρονα σε δύο καταστάσεις, αλλά στην πραγματικότητα όλα έχουν να κάνουν με τη συμπεριφορά ατόμων και μορίων με τα οποία συνήθως δεν αλληλεπιδρούμε» σημείωσε ο Aaron O’Connell, μέλος της ερευνητικής ομάδας.
«Το περιβάλλον είναι ένα τεράστιο και σύνθετο πράγμα. Ενώ η αλληλεπίδραση του με αυτό το εξαιρετικά πολύπλοκο σύστημα κάνει την κβαντική συνοχή να εξαφανίζεται,” εξηγεί ο Cleland. Προσθέτει ότι η μελλοντική έρευνα για να κάνει ολοένα και πιο μεγάλα τα αντικείμενα που θα ακολουθούν τους νόμους της κβαντομηχανικής, θα μπορούσε να μας αποκαλύψει περισσότερα στοιχεία για το πώς αυτή και η βαρύτητα αλληλεπιδρούν. Αυτή η αλληλεπίδραση θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για το σχεδιασμό μιας ενοποιημένης θεωρίες πεδίου που θα ενοποιεί τη νευτώνεια φυσική και την κβαντομηχανική σε μια ενιαία εξήγηση του Σύμπαντος.
Το πείραμα αυτό θυμίζει το νοητό πείραμα της γάτας του Schroedinger, όπου μια γάτα κλεισμένη σε ένα κουτί, αθέατη απ’ έξω, βρίσκεται σε μια υπέρθεση δύο καταστάσεων: να είναι ζωντανή και σε μια νεκρή κατάσταση. Όταν όμως ανοίξουμε το κουτί και γίνει η παρατήρηση (μέτρηση), καταστρέφεται η κβαντική υπέρθεση, και αποκαλύπτεται έτσι η πραγματική κατάσταση της γάτας.
