En mécanique quantique, les particules peuvent se comporter comme des ondes et emprunter de nombreux chemins au cours d'une expérience. Il ne nécessite que des combinaisons de paires de chemins, plutôt que trois ou plus, pour déterminer la probabilité qu'une particule arrive quelque part. Des chercheurs des universités de Vienne et de Tel-Aviv ont abordé cette question pour la première fois en utilisant explicitement l'interférence des ondes de grosses molécules derrière diverses combinaisons de double, et triples fentes.

La mécanique quantique décrit le comportement de la matière aux plus petites échelles de masse et de longueur. Cependant, l'absence de phénomènes quantiques dans notre vie quotidienne a déclenché une recherche de modifications minimales de la mécanique quantique, ce qui pourrait n'être perceptible que pour les particules massives. Un candidat consiste à rechercher ce que l'on appelle l'interférence d'ordre supérieur. En mécanique quantique standard, la figure d'interférence résultant d'un nombre arbitraire de chemins ouverts sans interaction peut toujours être décrite par toutes les combinaisons de paires de chemins. Tout motif restant serait dû à des interférences d'ordre supérieur et serait un indicateur possible pour une nouvelle physique.

Bien que cette règle ait déjà été testée avec la lumière et le rayonnement micro-ondes, des chercheurs des universités de Vienne et de Tel-Aviv ont mené pour la première fois une expérience dédiée avec des molécules massives. « L'idée est connue depuis plus de vingt ans. Mais ce n'est que maintenant que nous avons les moyens technologiques de réunir tous les composants et de construire une expérience capable de la tester avec des molécules massives, " dit Christian Brand, l'un des auteurs de l'étude.

Diffraction des ondes de matière à fentes multiples

Dans leurs expériences à l'Université de Vienne, des chercheurs du Quantum Nanophysics Group dirigé par Markus Arndt ont préparé des molécules organiques complexes sous forme d'ondes de matière. Ceci a été réalisé en les évaporant à partir d'un point de la taille d'un micron sous vide poussé et en les laissant évoluer librement pendant un certain temps. Après un moment, chaque molécule délocalisée, s'étendant à plusieurs endroits à la fois. Cela signifie que lorsque chaque molécule rencontre un masque contenant plusieurs fentes, il peut traverser plusieurs des fentes en parallèle. En comparant soigneusement la position des molécules arrivant au détecteur derrière une combinaison de simples, fentes doubles et triples, ils étaient capables de placer des limites sur n'importe quelle contribution par trajets multiples.

Technologie permettant la nanofabrication

Un élément crucial de l'expérience est le masque - une membrane ultra-mince dans laquelle des réseaux de des fentes doubles et triples ont été fabriquées. Il a été conçu et fabriqué par Yigal Lilach et Ori Cheshnovsky à l'Université de Tel Aviv. Ils ont dû concevoir un masque de diffraction, où la déviation maximale dans les dimensions de la fente n'était pas beaucoup plus grande que la taille des molécules qu'elle diffractait. Le masque a été intégré dans le laboratoire de Vienne et les chercheurs ont étudié une large gamme de vitesses moléculaires dans le même essai expérimental. Pour tous, les scientifiques ont découvert que le modèle d'interférence suivait les attentes de la mécanique quantique standard avec une limite supérieure de la déviation de moins d'une particule sur cent. "C'est la première fois qu'un test explicite de ce genre est mené avec des particules massives", dit Joseph Cotter, le premier auteur de cette publication. "Les tests précédents ont repoussé les frontières avec les photons uniques et les micro-ondes. Dans notre expérience, nous avons mis des limites aux interférences d'ordre supérieur d'objets massifs."

L'étude est publiée dans Avancées scientifiques .