קבוצת חוקרים מאוניבסיטת וינה צפתה בתהליך בתהליך הדה-קוהרנציה, הגבול הדק שבין הפיזיקה הקלאסית לקוונטית, במולקולות פחמן 60 ו-70
מגזין "גלילאו"
התעניינות גוברת חלה לאחרונה בנושא הדה-קוהרנציה (Decoherence) – התהליך שבו אפקטים קוונטיים נעלמים ואפקטים קלאסיים תופסים את מקומם. קבוצת חוקרים מאוניבריסטת וינה בראשות מרקוס ארנדט ואנטון זלינגר צפתה בתהליך זה עבור מולקולות פחמן-70, בניסוי עקיפה והתאבכות מבעד לסדקים. תוצאות המדידות עולות בקנה אחד עם התפישה התיאורטית של דה-קוהרנציה.
כאשר אלומת חלקיקים עוברת בשׂריג, שהוא לוח בו חרותה סדרת סדקים צרים, ייתכנו שני סוגי התנהגות. סוג אחד הוא התנהגות קוונטית, שהיא גלית במהותה, שאמורה ליצור "תמונת התאבכות". צורתה האופיינית של תמונת ההתאבכות היא פסים המעידים לסירוגין על נוכחות חלקיקים ועל אי-נוכחות חלקיקים. פירוש הדבר הוא שלא ניתן לקבוע מאיזה סדק עבר כל חלקיק, ואנו מדברים רק על הסתברויות מַעבר, אשר מקיימות ביניהן אינטראקציה של גלים – כלומר התאבכות . סוג ההתנהגות השני הוא התנהגות קלאסית – כל חלקיק עבר באחד הסדקים, ואין אינטראקציה בין החלקיקים השונים ונעלמת תמונת ההתאבכות.
קבוצת החוקרים עסקה בבדיקת התנהגות קוונטית של עצמים גדולים יחסית – מולקולות פחמן-60 ופחמן-70 (המולקולות הכדוריות המכונות Fullerens) ומולקולות אורגניות. אובייקטים אלה הם בעלי קוטר של ננומטר או שניים, וניתן היה להבחין בתופעות קוונטיות שאפיינו את התנהגותם והציבו גבול ניסויי חדש לגודלם של אובייקטים קוונטיים. כעת נבדק תהליך הדה-קוהרנציה, הנגרם בשל פליטה תֶרמית (פליטת חוֹם) של פוטונים.
מולקולות פחמן-70 השרויות בטמפ' של 1000 מעלות קלווין (מעל 700 צלזיוס) מפגינות התנהגות קוונטית, ומעברן בשריג יוצר תבנית התאבכות. בניסוי, חיממו את מולקולות הפחמן עד לטמפ' של כ- 5000 מעלות ואז העבירו אותן במערך חריצים. מסתבר כי בטמפרטורה כזו נעלמת תבנית ההתאבכות, או במילים אחרות, מתרחשת דה-קוהרנציה. הסיבה לכך היא שבטמפרטורה גבוהה זו, המולקולות, אשר נמצאות במצב של עודף אנרגיה, פולטות את העודף בצורת פוטונים (קרינה תרמית), אשר יוצרים "צימוד" בין המערכת הקוונטית לסביבתה.
ניתן לומר כי באמצעות צפייה בפוטונים אפשר לדעת דרך איזה חריץ עברה המולקולה. כאשר מתקיימת אינטראקציה בין סביבת המדידה לאובייקט הנמדד, יש בכך כדי לפגוע באופי ההסתברותי של המערכת. מקורו של המושג "דה-קוהרנציה" בכך שהגל, שהוא קוהרנטי בתחילת התהליך, מאבד את הקוהרנטיות שלו כתוצאה מאינטראקציה עם הסביבה. החלקיק הופך להיות ממוקם באופן מדויק במרחב – הקוהרנטיות המרחבית של הגל יורדת.
מולקולות גדולות הן אידיאליות לניסוי זה, משום שיש להן דרגות רבות של אנרגיה פנימית, אשר יכולה להשתחרר כקרינה, אך דה-קוהרנציה באמצעות פליטת קרינה חום היא תהליך הרלוונטי לא רק למולקולות שנבדקו, אלא לכל אובייקט מאקרוסקופי.
