En la mecánica cuántica, las partículas pueden comportarse como ondas y tomar muchos caminos a través de un experimento. Requiere solo combinaciones de pares de caminos, en lugar de tres o más, para determinar la probabilidad de que una partícula llegue a alguna parte. Investigadores de las universidades de Viena y Tel Aviv han abordado esta cuestión por primera vez utilizando explícitamente la interferencia de ondas de moléculas grandes detrás de varias combinaciones de simples, doble, y rendijas triples.

La mecánica cuántica describe cómo se comporta la materia en las escalas más pequeñas de masa y longitud. Sin embargo, la ausencia de fenómenos cuánticos en nuestra vida diaria ha desencadenado una búsqueda de modificaciones mínimas de la mecánica cuántica, que puede que solo sea perceptible para partículas masivas. Un candidato es buscar las llamadas interferencias de orden superior. En la mecánica cuántica estándar, el patrón de interferencia resultante de un número arbitrario de caminos abiertos que no interactúan siempre puede describirse mediante todas las combinaciones de pares de caminos. Cualquier patrón restante se debería a una interferencia de orden superior y sería un posible indicador de una nueva física.

Si bien esta regla se ha probado antes con luz y radiación de microondas, Los investigadores de las universidades de Viena y Tel Aviv han realizado por primera vez un experimento dedicado con moléculas masivas. “La idea se conoce desde hace más de veinte años. Pero solo ahora tenemos los medios tecnológicos para unir todos los componentes y construir un experimento capaz de probarlo con moléculas masivas, "dice Christian Brand, uno de los autores del estudio.

Difracción de ondas de materia de múltiples rendijas

En sus experimentos en la Universidad de Viena, Los investigadores del Grupo de Nanofísica Cuántica encabezado por Markus Arndt prepararon moléculas orgánicas complejas como ondas de materia. Esto se logró evaporándolos de un punto del tamaño de una micra en alto vacío y dejándolos evolucionar libremente durante algún tiempo. Después de un tiempo, cada molécula deslocalizada, extendiéndose por muchos lugares a la vez. Esto significa que cuando cada molécula encuentra una máscara que contiene múltiples rendijas, puede atravesar muchas de las rendijas en paralelo. Comparando cuidadosamente la posición de las moléculas que llegan al detector detrás de una combinación de ranuras dobles y triples, pudieron colocar límites en cualquier contribución de trayectos múltiples.

Tecnología que permite la nanofabricación

Un componente crucial del experimento es la máscara, una membrana ultrafina en la que se introducen matrices de Se fabricaron ranuras dobles y triples. Fue diseñado y fabricado por Yigal Lilach y Ori Cheshnovsky en la Universidad de Tel Aviv. Tuvieron que diseñar una máscara de difracción, donde la desviación máxima en las dimensiones de la rendija no era mucho mayor que el tamaño de las moléculas que difractaba. La máscara se integró en el laboratorio de Viena y los investigadores estudiaron una amplia gama de velocidades moleculares en la misma serie experimental. Para todos ellos, los científicos encontraron que el patrón de interferencia sigue las expectativas de la mecánica cuántica estándar con un límite superior en la desviación de menos de una partícula entre cien. "Esta es la primera vez que se realiza una prueba explícita de este tipo con partículas masivas", dice Joseph Cotter, el primer autor de esta publicación. "Las pruebas anteriores han empujado las fronteras con fotones individuales y microondas. En nuestro experimento, ponemos límites a la interferencia de orden superior de objetos masivos ".

El estudio se publica en Avances de la ciencia .