At bevise, at der findes kvantereflektion, er lidt som at demonstrere, at en kugle, der lige er faldet fra en klippe, kan hoppe op igen uden at ramme jorden overhovedet.
En ny undersøgelse i tidsskriftet Videnskab beskriver, hvordan små bits af stof - ting - kan reflektere ud fra en overflade, meget som lys. ”Det er kvanterefleksion i et nøddeskal,” sagde Wieland Schöllkopf, en af forfatterne til undersøgelsen, der optrådte i Videnskab den 18. februar 2011. Dr. Schöllkopf talte med EarthSky fra sit kontor i Berlin:
Kvantereflektion er en slags bisarr variation på refleksion af bølger - for eksempel lysbølger, der reflekteres ud af glas. Undertiden er stofpartikler så små, at de begynder at virke som lys. Men i modsætning til lys behøver kvantepartikler - små partikler - aldrig engang at ramme glasset for at blive reflekteret.
Med sin rapport bekræftede Dr. Schöllkopf, at kvantereflektion forekommer konsekvent og med partikler, der er større end et enkelt atom. Hvilket måske ikke lyder som en big deal. Men, forklarede Schöllkopf, hvad hans hold gjorde er beslægtet med at demonstrere, at en bold, der lige er faldet fra en klippe, faktisk kan hoppe op igen, længe Før det rammer jorden.
Billedkredit: AAAS
Det ville typisk falde ned, for det er der, hvor tyngdekraften peger på, men i kvantemekanikkens verden er der en chance ... at i stedet for at falde ned i klippen springer kvantepartiklen tilbage fra klippen, selvom alle kræfter er gå i den anden retning, og det er grundlaget for vores eksperiment.
Schöllkopf gentog, at kvantereflektion - det tilbagevendende materiale - kun fungerer, når de involverede mængder af stof er små. Hans nylige eksperiment involverede for eksempel bare par heliumatomer. Hvorfor helium? Heliumpar er notorisk skrøbelige - de bryder meget let fra hinanden.
Schöllkopfs team skød hundreder af par heliumatomer mod en overflade - en væg - i en bestemt vinkel. De fleste heliumpar klikkede i to. Men ikke alle. De intakte heliumpar ramte aldrig væggen - det havde de været afspejles, lidt som lys. Med en undtagelse ...
I vores tilfælde sprang partiklerne tilbage, før de kolliderede med den faktiske væg - måske ca. 1-2% af dem.
Han sagde, at dette er i modstrid med lovene i klassisk fysik, som dikterer, at en overflade som en væg skal udøve en attraktiv kraft på små partikler - med andre ord, materie, der bevæger sig mod en væg, skal bare smadre ind i det og gå i stykker.
Schöllkopf tilføjede, at heliumpartiklerne, der formåede at undvige væggen, havde en sjette forstand, fysisk set - disse partikler var i stand til at registrere og undgå den væg fra 40 nanometer væk. Han forklarede:
Det ser ud til at være en lille afstand, men i en verden af disse små atomer eller molekyler er det en enorm afstand.
EarthSky spurgte ham, hvorfor visse heliumpartikler var i stand til at styre væk fra væggen, mens andre kørte lige ind i den, som klassisk fysik siger, at de skulle. Han svarede, at det bare kommer til sandsynlighed:
Billedkredit: Wieland Schollkopf
Måske er det som i det virkelige liv, når du bliver tiltrukket af en anden person. Normalt følger du denne attraktion, men i nogle tilfælde kan du muligvis vende tilbage, selv om tiltrækningen er der.
Så mennesker og heliummolekyler kan begge være lidt skudt. Men hvad er denne viden god til? Igen, Dr. Schollkopf:
For at fortælle dig sandheden ved jeg ikke. Men spørgsmålet minder mig om en fantastisk historie. Da de opfandt lasere for 50 år siden, vidste videnskabsmænd heller ikke, hvad de var gode til. Og nu er de i alt: DVD'er, computere. Jeg kan godt lide at tro, at vores observation af kvantereflektion kan vise sig at være så nyttig. Vi ved bare ikke hvordan endnu.
Han tilføjede, at selvom hans papir ikke har bevist noget helt nyt eller umiddelbart anvendeligt, sagde han, at hans holds fund er en bestemt demonstration af en ting. Han fortalte os:
Naturlovene, mikrokosmoslovene er virkelig ganske bizarre!
Det antydes af det nye papir "Quantum Reflection of He2 Flere nanometre over en rivende overflade", som blev vist sidste fredag i tidsskriftet Videnskab.