Molekulska hobotnica - mali brat Schroedingerove mačke

Kvantna fizika u osnovi umjetno stvorene organske makro-molekule prvi put je javno opisana u znanstvenom časopisu Nature Communications. Istraživanje svojstava molekule, sastavljene od preko 400 atoma, provedeno je na odsjeku za kvantnu fiziku na Sveučilištu u Beču uz pomoć kemičara iz Basela i Delawarea. Tim znanstvenika s raznih područja i iz različitih država u rekordnom je vremenu potvrdio kvantna svojstva ovih nano-čestica. Istovremeno su testirali i slavni eksperiment poznat pod nazivom "Schroedingerova mačka". Međutim, zbog specifičnog oblika odabranih molekula ovaj bi se eksperiment trebao zvati "molekulska hobotnica".

Schroedingerova mačka - Istovremeno živa i mrtva
Moderna fizika se od početka 20. stoljeća gotovo u potpunosti zasniva na počelima kvantne fizike. Neka od predviđanja kvantne fizike naizgled se kose s uvriježenim shvaćanjem eksperimenta i opažanja. Jednu od takvih nelogičnosti je prije 80 godina iznio austrijski fizičar Erwin Schroedinger; on se pitao je li moguće istovremeno ostvariti dva potpuno suprotna stanja istog objekta. Za primjer je uzeo problem s mačkom u kutiji koja je istovremeno i živa i mrtva. Ovo teoretsko razmatranje nikad nije eksperimentalno provjereno s pravim mačkama iz očitih razloga. Međutim, uspješni eksperimenti Gerlicha i suradnika pokazuju da je takvo što moguće postići s velikim organskim molekulama.

'Superpozicija' je dokazana na sve većim molekulama
Kvantna fizika opisuje gibanje velikih čestica pomoću valova materije. To u neku ruku znači da čestice gube svoja klasična svojstva, poput točno određenog položaja, dok se s druge strane njihova valna funkcija može simultano širiti preko velikog područja. Formalno se takvo stanje može usporediti s mačkom koja je istovremeno i živa i mrtva. U kvantnoj se fizici takvo stanje naziva 'superpozicija'.

Markus Arndt i njegov tim sa Sveučilišta u Beču već neko vrijeme provjeravaju do koje razine složenosti sustava vrijede ovi nevjerojatni zakoni kvantne fizike. Do sada su istražili kvantno ponašanje molekula sve većih molekulskih masa, s posebnim osvrtom na njihovu superpoziciju na različitim položajima u ineterferometru. Visoka nestabilnost većine organskih kompleksa predstavlja međutim mnogo veći problem.

Posebno stvorene molekule rješavaju problem nestabilnosti
Mnoge se organske kompleksne molekule raspadaju tijekom pripreme termalne zrake čestica. Upravo je zbog toga bilo toliko važno ostvariti uspješnu suradnju s kemičarima iz Švicarske i SAD-a. Tim pod vodstvom Marcela Mayora sa Sveučilišta u Baselu i Paula J. Fagana sa sveučilišta DuPont u Wilmingtonu uspio je sintetizirati masivni molekulski kompleks koji može preživjeti kritični proces isparavanja.

Novi rekord
Znanstvenici su pomoću te umjetno stvorene molekule, sastavljene od 430 atoma, uspjeli  pokazati prirodu kvantnomehaničkog vala na velikom objektu značajne mase, što je dosad bilo nemoguće.

Ovakve su molekule po veličini, masi i složenosti slične molekulama inzulina, a pokazuju mnoga klasična svojstva. Unatoč tomu, ovaj je eksperiment dokazao da mogu postojati i u stanju superpozicije na dva potpuno različita položaja odnosno, slično kao "Schroedingerova mačka", u stanju koje se protivi zakonima klasične mehanike. 

Izvor: University of Vienna