Физики отсняли дифракцию больших молекул в реальном времени
Опыт с прохождением крупных молекул сквозь щели сопоставимого с ними масштаба не только эффектно продемонстрировал корпускулярно-волновой дуализм вещества, но и представил новый способ изучения сложных соединений и их поведения на границе классической и квантовой физики.
Учёные из Венского университета провели красивый эксперимент с дифракцией и интерференцией молекул фталоцианина и его производных (врезки d и e на рисунке ниже), весящих до 1298 атомных единиц массы.
Как и в похожем предыдущем опыте, главной целью было проявление квантовой природы молекул. Причём во главу угла была поставлена наглядность.
Фталоцианин и его вариации использовались именно потому, что это — флуоресцентные красители, единичные молекулы которых можно эффективно снимать на видео при помощи микроскопа с камерой, попутно определяя их положение с точностью 10 нм.
Пучок летящих друг за другом молекул в вакуумированной трубе создавался при помощи испарения с поверхности стекла (W1 на рисунке вверху) очень тонкого слоя красителя, «нежно» нагреваемого слабым (50 мВт) лазерным лучом с длиной волны 445 нм (синий цвет).
Оригинальная техника измерения площади красителя на стекле позволила убедиться, что с поверхности образца вылетали друг за другом именно единичные молекулы, а не их конгломераты.
Далее эти путешественники пролетали сквозь коллиматорную щель (S), а вслед за ней — дифракционную решётку (G) из нитрида кремния. Её толщина составила всего 10 нм, шаг решётки – 100 нм, ширина разрезов – 50 нм.
Эта решётка была создана специально для данного опыта в университете Тель-Авива (Tel Aviv University). Её малая толщина позволила свести к минимуму вредное влияние сил Ван-дер-Ваальса, возникающих между молекулами решётки и пролетающими сквозь щели молекулами красителя. А такое взаимодействие могло исказить интерференционную картину.
После решётки молекулы попадали на поверхность второго (финишного) кварцевого окна (W2), где их возбуждал другой лазер (661 нм, красный), направляемый на пластину под углом так, чтобы не засвечивать камеру.
Флуоресценция фталоцианина снималась через объектив микроскопа и фильтр при помощи светочувствительной матрицы с электронным умножением (EMCCD), способной ловить единичные фотоны.
Таким изящным методом европейским учёным удалось получить фильм, в котором видно, как со временем (по мере выпуска всё новых и новых молекул) на финальной пластине всё ярче и ярче проступает интерференционная картина, передаёт EurekAlert. Благодаря дифракции на ультратонкой решётке случайно прибывающие на финиш массивные частицы великолепно проявляли свою волновую сторону.
Новая установка фиксировала почти 100% частиц, выпущенных на старте и прошедших через решётку, рассказывают учёные. Были получены кривые, описывающие картину интерференции этих частиц как волн. По ним можно было вычислить немало параметров самих молекул.
При этом распределение молекул по вертикали (вдоль направления щелей решётки и действия силы притяжения Земли) показало распределение их по скоростям. От скорости же молекулы (а также от её массы), как известно, зависит длина её волны де Бройля, представляющей эту частицу.
(Детали опыта можно найти в статье в Nature Nanotechnology.)
по сути границы нет, но нет и теории, каким образом состыкованы между собой законы микро и макро мира -- т.е. как КМ переходит в ТО и обратно.. :(
«много» это какие — ПКГ, М-теория? что еще? пока это скорее перспективные направления поиска и попытки создания теории всего, но не законченная теория/теории..
ну, да, а теперь еще как-нибудь минимально подсвечивать щели или как-то еще маркировать молекулы, пролетающие (или уже пролетевшие) через ту или иную щель, чтобы наглядно убедиться, что любая попытка «подглядеть» за молекулами разрушает всю картинку -- и ваще станет прекрасно и наглядно)
проблема не в том, что КМ дает ненадежные или неточные результаты, а в том как их себе представить/понять и приложить к описанию физики нашего мира.в теории всего))
весь фокус в том, что след единичного электрона на экране -- именно как от частицы (!) а вот интерференционная картинка -- это статистка (!)
а вот как это объясняют эфирщики, не обращаясь к КМ -- весьма любопытно ;)
«весь фокус в том, что след единичного электрона на экране -- именно как от частицы (!) а вот интерференционная картинка -- это статистка (!)»
Если это так, то всё в порядке. Просто в одной книге Хокинга сказано об одновременном прохождении электрона через две щели. Не знал, что и думать. Настоящий эфирщик не будет отрицать достоверные научные данные, от кого бы они не исходили.
именно так -- волновая функция электрона проходи сразу через обе щели, но стоит установить контроль за тем, где же именно пролетает электрон, как интерференционная картинка на экране исчезнет, а появлятся два отдельных пятнышка;))
волновая функция электрона проходи сразу через обе щели
-----------------------------------------------
А как это? Волновые функции никак шарички?
P.S. Новиков — рэмовичь, вы меня не забыли? Пену опять пустите? И Косой-новиков вылезет?
не подскажешь, Сережа, «Князь Тьмы» — это Иерархов или Саша Тень? или это все одна хрень в суперпозиции своих состояний?))))
Сергей Новиков 26 марта, 22:12
не подскажешь, Сережа
-----------------------------------------
Глюки у рэмовича, глюки... Сам с собою говорит... :(
«волновая функция электрона проходит сразу через обе щели, но стоит установить контроль за тем, где же именно пролетает электрон, как интерференционная картинка на экране исчезнет, а появлятся два отдельных пятнышка"
Я не против одновременного прохождения волны через две щели. Но она создаёт лишь статистическую картину интерференции единичного электрона, который каждый раз падает в тот или иной интерференционный максимум. И при этом электрон должен фиксироваться там как отдельное пятнышко, лишь места этой фиксации — повторюсь — в максимумах, видимых только при множественном испускании электронов.
Я правильно понимаю итоги опыта?
Кроме того, Нобелевский лауреат Пригожин не так давно вполне наглядно продемонстировал (кому интересно — книжка «Время, Хаос, Квант — к решению парадокса времени, И. Пригожин»), что квантовая система из множества квантовых объектов (а у нас именно тот случай — молекулы сложные), при большом кол-ве квантовых взаимодействий между объектами системы — очень быстро стремится к вполне определенному макро-состоянию. Т.е. хотя каждый конктретный составляющий ее объект по прежнему описывается вероятностями и волновыми функциями, итоговые макро-параметры системы схолпываются во вполне однозначную макро-систему, просто при условии большого кол-ва взаимодействий внутри системы (у нас — молекулы).
Для данных молекул это все — вполне выполняется, так что по сути молекулы НЕ должны вести себя как волновые объекты. Точнее должны — но поведение это должно быть сильно сложнее нежели просто длинна волны де-бройля соответствующая их размерам... а получаем «обычную» дифракцию. Из чего можно сделать вывод, что в данном случае система тоже описывается чисто статистикой механических взаимодействий, а вот как раз волновая природа — этим опытом ставится под большие сомнения...
только речь идет не о электронах, которые наблюдаются в подобных опытах лишь косвенно, а о весьма крупных молекулах, которые никуда не деваются и остаются на экране (!) их картинка интерференции действительно статистическая.
а весь фокус в том, что мы можем наблюдать молекулы (или электроны), когда они взаимодействуют с другим веществом или другими частицами, и в этом случае они ведут себя только как частицы, имеющие строгую локализацию в пространстве, а вот когда мы за ними не наблюдаем (не отслеживаем их перемещения), то они как бы размазаны по всему пространству, наподобие волны. это совсем непросто понять и представить!)
это не так. поведение квантовых объектов не может быть представлено, как статистика неких объектов, описываемых классическими законами макрофизики. соотношение неопределенностей, эффекты туннелирования, распад ядер и т.п. — это невозможно описать в рамках классики. как Вы представляете себе такое свойство квантового объекта, что его положение в пространстве, до наблюдения, неопределенное и он может находится где угодно (что и проявляется в реальности в подобных интерференционных картинках), хотя сам объект взаимодействует с другим веществом только как строго локализованная частица.
и декогеренция здесь как раз не при чем — в этом опыте весьма большой объект -- крупная молекула — уже практически макрообъект -- ведет себя как квантовый объект. т.е. опыт наглядно демонстрирует, что нет четкой границы между квантовым и классическим миром.
=))а вот когда мы за ними не наблюдаем (не отслеживаем их перемещения), то они как бы размазаны по всему пространству, наподобие волны. это совсем непросто понять и представить!)
Так в этом и заключается эфиродинамика окружающего пространства через механическое взаимодействие отдельных электронов ( в Вашем определении) пространства
----------------------------------------
Говорил же Вам Рэмовичь что вы начитались популярных книжечек. Представимо Рэмоввичь, представимо. Тут в этой теме даже пример есть. Профессор в университете с многими максимумами положений. Что локализовался на унитазе читающим «Войну и Мир». Ищите с этой теме, наш вы популярный... :)
Проффесор (или консультант?) мне конечно несложно представить Вас, сидящим, по рассеянности (или в силу старческой забывчивости), на улице со спущенными штанами и с книжкой в руках (пусть даже и на унитазе)), но вот видеть или представить себе, что профессора в университетах умеют проходить непосредственно сквозь стены -- такого еще не приходилось..))))
может опишите здесь методику, как проффесора проходят сквозь барьер? ;)
------------------------------------
Нет ничего проще Рэмовичь... Когда оставите срачь.... :)
не устраивай здесь дешевых истерик и провокаций, Сережа)) чти закон, соблюдай нормы морали и правила общения на форуме — и все будет ОК)
напиши связно и доходчиво (популярно)), что хочешь предложить к обсуждению на форуме по существу, дай ссылки, и перестань, наконец агукать и разговаривать междометиями -- не работай троллем))
система одна, наблюдатель один -- так что привыкай уважительно относиться к другим и жить в социуме;)
--------------------------------------------
Надежда умирает последней, Иерархов))
Воскрес из отстоя? Поздравляю! Ты неисправим и ни на что не похож, как обычно.
Но окончательный бан обязательно получишь. -- напрасно надеешься обхитрить природу, Иерархов;)))
-----------------------------
Коллиматор, очевидно, подстраховка, чтоб молекулы не вмазались, например, в стенку трубы по дороге к решётке, что испортило бы процент :)
>>почему друг за другом?
--------------------------------
Ну так суть-то в том, чтоб показать интерференцию от одной молекулы.
«Оригинальная техника измерения площади красителя на стекле позволила убедиться, что с поверхности образца вылетали друг за другом именно единичные молекулы, а не их конгломераты.»
Эта техника измеряла не сам эмиссионный поток единичных молекул, а измерила после проведения опыта толщину оставшегося молекулярного слоя. Поэтому первичный вопрос и ставился — кто сказал что испускается одна молекула? Значит пучок. А если так, то коллиматер становится своеобразным расширителем этого пучка по ширине дифракционной решетки. Тогда вопрос по интерференционной картине — это что просветы в облаках? По крайней мере на фото это так и выглядит
интересное у Вас восприятие картинки: щели две, а четких пика распределения молекул три — а как такое может быть, если бы все попадало на экран только напротив соответствующих щелей?;)
Судя по даному опыту, есть неплохие шансы на то, что причина появления КМ-распределений — это сугубо механические взаимодействия, и никакого «корпускулярно-волнового дуализма» не существует. По крайней мере, пресловутая «бритва Оккамы» — позволяет легко забыть про «волновые» свойства материи, но при этом вполне спокойно пользоваться формулами КМ, ибо эти формулы работы со статистиками — корректные и тут сомневаться глупо. Ну, я это выше в треде расписал — кому интересно, почитайте «исходники» )
Могу предложить два опыта по эффектам КМ на макрообъектах.
1. Профессор физики МГУ входит в здание уневерситета и вы пытаетесь установить его местонахождение, опрашивая выходящих. Если сразу не получите по морде, то за несколько дней вы построите волновую функцию профессора с двумя максимумами (самодифракция!) в ректорской и аудитории и маловероятными суперпозициями в холе, лифте, кафетерии (вот вам и статистика)... Если же войдете и самостоятельно найдёте, волновая функция может схлопнутся весьма странно — профессор на унитазе читает «Войну и мир».
2. На стадион впускают только болельщиков в красных и зеленых футболках, только через четыре калитки, причем красных только в нечетные, а зеленых — в четные. Каждый устремиться к ближайшему свободному месту ближе к кромке поля. В результате — интерфереционная картинка и волновая функция болельщиков. Статистика!
никак глюки? сочувствую))
какая еще может быть проблема того, чего нет??
это как летающие розовые слоны или фантомные боли -- типа, в голове? ;)
Предложите чем «подсветить», как сигнал померять. ГлядишЬ вопрос и отвалится
Да много чего можно будет узнать из такого эксперимента.
для наблюдения единичных молекул, колоссальная весчЬ получилась. А еще любой химик спит и видит
устройству с помощью которой можно информацию о положении и скорости каждой молекулы в стакане получать
прямо в мозг, ха тогда все нобелевки за 100 лет вперед будут в кармане. А то они там совокупляются как хотят,
а мы расхлебывай :-(
Вы забыли что облучив молекулы лазарем вы получите флуоресцентный фотон и упретесь
в диффракционный предел наблюдения. На дядю Ваню конечно есть методы но я вынужден молекулы «клеить» на стекло,
чтобы их разглядеть.
Я вам предложил подумать как вы будете следить за молекулой «в полете», не так ли?
Потом эти «частицы», прыгая , проходили через щели дифракционой решетки. Волны от прыгающих «частиц» взаимодействовали с стенками щелей дифракционной решетки ( я так понимаю образовывалась стоячая волна ) и «частици» немного сбивались со своего курса.
В результате, пройдя сквозь щель, получалось что «частицы» больше ускакивали в одних направлениях чем в других.
Получалась типа такая интерференционная картина.