Крупицу металла из 10 000 атомов удержали в двух местах одновременно

Физики ввели частицу металла, состоящую из до 10 000 атомов, в состояние, в котором она одновременно занимала две слегка разнесённые позиции. Кластер едва различим — около восьми нанометров в поперечнике — но он значительно крупнее и значительно тяжелее всего, что ранее удерживалось в проверенной квантовой суперпозиции. Впервые учебниковая странность, обычно отведённая отдельным атомам и небольшим молекулам, продемонстрирована на настоящем куске твёрдого металла.

Квантовая суперпозиция — это положение, в котором частица ведёт себя, пока она изолирована от окружения, как если бы находилась более чем в одном месте сразу. Популярная картинка — кот Шрёдингера, но лабораторная версия трезвее и красноречивее: частицу пропускают через точную систему препятствий и смотрят на узор, в котором она оседает. Если она интерферирует сама с собой, она была по пути в двух местах. Если нет, она вела себя как классический объект.

Использованные кластеры натрия весят больше 170 000 атомных единиц массы, что выводит частицу примерно на порядок выше самого тяжёлого объекта, ранее находившегося в подобном состоянии. Размах суперпозиции был в десятки раз шире самих частиц — режим, который физики описывают величиной макроскопичности, и новый результат достигает μ = 15,5.

Эксперимент провели группы Венского университета и Университета Дуйсбурга-Эссена; первым автором значится аспирант Себастиан Педалино, а руководителями — Маркус Арндт, Штефан Герлих и Клаус Хорнбергер. Метод называется ближнепольной интерферометрией волн материи. В роли препятствий выступают три дифракционные решётки, образованные пучками ультрафиолетового лазера. Кластеры проходят их одну за другой, и то, как они скапливаются на детекторе, говорит группе, прошёл ли каждый как волна — в двух местах сразу — или как обычная частица.

Цель эксперимента — не создать новую технологию, а продолжать сдвигать границу, на которой квантовая механика проверена и на которой она могла бы дать сбой. Все предсказания теории до сих пор подтверждались, но теория ничего не говорит о том, почему классические объекты повседневности никогда не выглядят находящимися в двух местах одновременно. Расширение режима в сторону более тяжёлых и сложных объектов заостряет этот вопрос, а возможный сбой интерференции при определённой массовой шкале станет прямым свидетельством новой физики.

У результата есть ограничения. Сигнал интерференции существует только при глубоко ультрахолодных температурах и лишь в течение примерно одной сотой секунды свободного полёта через прибор, после чего остаточный газ, излучение и тепловое движение разрушают когерентность. Размеры кластеров остаются микроскопическими по обычным меркам. Эксперимент опирается также на предположения о лазерных решётках и источнике кластеров, которые группа должна была защитить от альтернативных объяснений — это часть того, что проверяла рецензия.

По сравнению с тем, на каком уровне поле стояло два десятилетия назад, когда интерференцию впервые показали на 60-атомной молекуле углерода — бакиболе, нынешний результат заметен. Скачок по массе — около двух порядков выше первых демонстраций, и макроскопичность тоже соразмерно выше. Каждый шаг к объектам размером и сложностью вируса или живой клетки — это и шаг к тому пределу, за которым интуиция перестаёт быть полезным проводником.

Работа вышла в мае 2026 года в Nature. Команды из Вены и Дуйсбурга-Эссена сообщают, что следующий этап нацелен на ещё более крупные частицы и иные материалы — естественная ступень в этой линии экспериментов — и проверят, может ли техника волн материи служить прецизионным датчиком сил и свойств на наноскалу.