Interferència quàntica de grans molècules orgàniques [el pop quàntic]

Posted on 11/04/2011 per

0


Image

Fa ben poc ha aparegut una notícia de Cordis.eu titulada Scientists push quantum mechanics closer to the everyday world que “The molecular octopus: a little brother of Schrödinger’s cat”. Es tracta d’un avenç en la frontera del coneixement i de la verificació de la mecànica quàntica: el comportament dual, com a partícula i com a ona, de grans molècules de tipus orgànic.

De la nota de Cordis.eu se n’extreu la nota de premsa de la Universitat de Viena titulada The ‘molecular octopus’: A little brother of ‘Schroedinger’s cat’ , i d’aquí l’article original de Nature Communications Quantum interference of large organic molecules.

La teoria quàntica porta des d’un bon començament el que s’anomena dualitat ona-partícula: tota ona té característiques de partícula (efecte fotoelèctric, per exemple), i tota partícula té característiques d’ona (difracció d’electrons, per exemple). Això s’explica als estudiants de primer de química. Però també se’ls diu que és ben difícil que hi hagi difracció de partícules gaire grosses, com a molt àtoms o molècules d’hidrogen.

Fa pocs anys (al 2002) una molècula favorita de l’IQC de la UdG, el futbal.lè (C60) va proporcionar un espectacular avenç, en mostrar figures de difracció en l’anomenat experiment de la doble escletxa (wikipedia):

L’experiment de la doble escletxa o experiment de Young, consisteix en la difracció de llum a través de dues escletxes, que produeixen un patró d’interferència amb bandes clares i fosques en un pantalla situada després de les escletxes. L’experiment va ser realitzat el 1803 per Thomas Young, en un intent de destriar la naturalesa corpuscular o ondulatòria de la llum. Young va comprovar un patró d’interferències en la llum procedent d’una font llunyana al refractar-se en el pas per dues escletxes, resultat que va contribuir a demostrar la naturalesa ondulatòria de la llum.

Posteriorment, ha estat considerat un experiment fonamental a l’hora de demostrar la dualitat ona-partícula, una característica de la mecànica quàntica. L’experiment pot realitzar-se amb electrons, àtoms o neutrons, produint patrons d’interferència similars als obtinguts quan es realitza amb llum, fet que mostra, per tant, el comportament dual ona-partícula de la matèria.

En aquest article de l’American Journal of Physics de 2003, el grup de Zeilinger, un dels fundadors del programa de fonaments de la física quàntica a Viena, mostrava l’experiment amb pilotes de futbal.lè, que anava llançant molècules d’aquestes a 200 metres per segon contra una paret amb dues escletxes separades 100 nm, amb obertura 55 nm, i gruix de 200 nm (1 metre = 1000 milions de nanometres). L’anomenada llarga d’ona de De Broglie, la que correspon a un partícula física (lambda=h/p) era aproximadament de 2.8 picometres (1 metre = 1 bilió de picometres).

Image

Si féssim cas a la mecànica clàssica, en llançar una molècula, passaria pel forat de l’esquerra o pel forat de la dreta, i la placa fotogràfica que recollís les molècules que hi passen hauria de recollir dos punts gruixuts. Però la natura no és així, i les molècules tenen propietats d’ona, de tal forma que, igual que passaria si llancéssim dues pedres a un riu, es produeix una figura d’interferència, i les molècules poden passar tan per la dreta com per l’esquerra, sense saber per on passen, i sense poder-ho predir. L’entrada de la wikipedia ho explica força bé.

Image

L’avenç que hi ha hagut ara és que la mida de les molècules per a les quals s’ha comprovat un comportament quàntic s’ha incrementat molt. Ara són derivats del ful.lerè i de la porfirina, molècules que semblen pops, de gairebé 10 nm de diàmetre aproximat. Les escletxes són de 90 nm, amb separació entre escletxes de 266 nm. Com que les molècules són més grosses (i la velocitat més baixa uns 63 m/s) la llarga d’ona de De Broglie és més petita que per al C60: per a aquestes grans molècules és d’1 pm.

L’article de Nature Communications ja proposa anar cap a l’interferència quàntica de proteïnes. Tot arribarà!

In conclusion, our experiments reveal the quantum wave nature of tailor-made organic molecules in an unprecedented mass and size domain. They open a new window for quantum experiments with nanoparticles in a complexity class comparable to that of small proteins, and they demonstrate that it is feasible to create and maintain high quantum coherence with initially thermal systems consisting of more than 1,000 internal degrees of freedom.

Aquest experiment està relacionat amb el famós experiment fictici del Gat de Schrödinger. Una mica en broma en parla el post de physics4thecool.com … i també, segons com es miri, la nota de premsa seriosa de la U-Viena.

Image

Advertisements
Etiquetat:
Posted in: Notícies