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科学家拍摄量子电影展现复杂分子物质波

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2012/03/27

科技日报 2012年03月27日星期二

本报讯（记者常丽君）据美国物理学家组织网3月26日（北京时间）报道，最近，一个由奥地利维也纳大学、以色列特拉维夫大学等机构研究人员组成的国际小组，成功地为一种染料分子拍摄了一段量子电影，揭示了分子物质波相干图案逐渐增强的形成过程，将物质的波动性和粒子性、随机性和决定性、定域性和非定域性形象化地展现出来。相关论文发表在3月25日的《自然·纳米技术》上。

按照量子物理学理论，复杂粒子也具有波动性。物理学家理查德·费曼曾提出，物质波也会带来相干效应。人们已经能观察到一些电子、中子、原子和分子的物质波相干。

新实验中结合了最先进的分子裁切和纳米成像技术，瑞士巴塞尔大学提供了特制的染料分子，是一种高荧光染料酞菁（phthalocyanine）及其衍生物分子，原子量分别为514（AMU）和1298（AMU）。以色列特拉维夫纳米技术小组用聚焦离子束将氮化硅切成仅10纳米的薄膜（约50层氮化硅）作为分子栅。

他们利用激光控制微蒸发源，按照所需的密度和相干性产生了一束染料分子，并让染料分子穿过氮化硅分子栅，以减小分子间范德华力的影响，当分子随机打在探测屏幕上，便可实时拍摄下每个分子的量子相干图案逐渐加强的过程。实验中所用的广域荧光显微镜空间分辨率达到10纳米，能显示出每个分子的位置和确定的整体相干图案。

研究人员指出，他们的实验中结合了显微技术，可用于分子束的产生、衍射和探测，有助于将量子干涉实验拓展到更多更复杂的分子、甚至原子干涉仪。对物理教学而言，该实验也具有重要意义，它以肉眼可见的方式，形象地揭示了单个粒子复杂的量子衍射图，让人们实时地看到这些图案在屏幕上出现，并持续几个小时。在实际应用方面，有助于深入了解固体表面分子性质，为将来研究原子薄膜衍射提供了一种新方法。

总编辑圈点：

如果您和我一样，看完第一段就晕了，不用泄气，大多数人感受类似。对于量子论，您可以八卦下爱因斯坦与玻尔那场伟大争辩，也可以打探下它和经典力学的世纪缠绵，但实在不用知道酞菁分子和氮化硅怎么就拍下了量子相干图。不过，我虽敢打赌这和绝大多数人没啥直接关系，却不敢小觑其意义——照论文中的说法，其无疑是在直观的展现量子学传奇，如波粒二象性，以及探讨经典物理的边界。而我只希望，我现在的困惑抵得上80年前爱因斯坦所经历过的万分之一。

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