Це вважалося неможливим: фізики вперше побачили хвильову природу атомів (фото).

Вперше фізики провели класичний квантовий експеримент, що демонструє, що частинки можуть вести себе як хвилі, використовуючи цілі атоми. Раніше це вважалося неможливим. Нове відкриття, що показує хвильову природу атомів, допоможе створити атомні детектори гравітаційних хвиль, які будуть чутливішими, ніж існуючі технології. Це дозволить виявити більше пульсацій у просторі-часі, які все ще приховують безліч загадок. Дослідження опубліковане на сервері препринтів arXiv, пише New Scientist.

Наприкінці 20-х років XX століття фізик Джордж Паджет Томсон довів, що електрони, які проходять через кристал, дифрагують (тобто виникає дифракція хвиль — явище огинання хвилями перешкод) і з'являється характерна дифракційна картина. Вона виникає, коли хвиля проходить через невеликий отвір, а потім вигинає свій шлях і виходить назовні. Характерна дифракційна картина була створена при проходженні через проміжки в кристалічній решітці.

Завдяки цьому експерименту Томсон, який пізніше отримав Нобелівську премію з фізики, довів, що частинки можуть також вести себе як хвилі. Через кілька років подібну дифракційну картину фізики спостерігали для цілих атомів, але в цьому випадку вона включала відбиття атомів від поверхні.

Дифракція атомів через кристалічну решітку дозволила б отримати набагато більші та чутливіші дифракційні картини, але вважалося, що це неможливо. Справа в тому, що потрібні атоми з дуже високою енергією, але вони б пошкодили кристалічну решітку. У такому випадку дифракція хвиль не могла б відбутися. Тепер же фізики вперше дифрагували атоми гелію та водню через кристалічну решітку у формі листа графену, що складається з шару атомів вуглецю товщиною в один атом.

Спочатку вчені надали атомам високу швидкість і енергію. Раніше було доведено, що водень і гелій при кімнатній температурі не можуть проходити через графен. Після цього фізики направили пучок високоенергетичних атомів на лист графену, який в результаті мав бути пошкодженим.

Але тривала бомбардування пучком атомів гелію та водню не призвело до пошкодження листа графену. Натомість фізики побачили характерні кругові дифракційні картини, отримані в результаті дифракції хвиль.

За словами фізиків, висока енергія атомів дозволяє їм проходити через проміжки в структурі графену, оскільки вони можуть обмінюватися енергією з атомами графену непомітно. Якби обмін енергією можна було виявити, то хвильова природа атомів була б порушена, відповідно до законів квантової механіки, і дифракційна картина більше не виникала б.

На думку вчених, цей процес можна уявити як кімнату з багатьма дверима, які зазвичай закриті, але при вищих енергіях стають відкритими.

Фізики вважають, що цей ефект можна використати для створення атомного інтерферометра, який буде набагато чутливішим за існуючі технології, що дозволяють виявляти гравітаційні хвилі, які пронизують всю Вселенну.