Kvanttilomittuminen: Schrödingerin muurahaiskeko

TU Wienissä on ensimmäistä kertaa havaittu korkea kvanttilomittumisaste oudon metallin senttimetrin kokoisessa kiteessä.

Monet kvanttiefektit voidaan havaita vain tutkimalla pientä määrää hiukkasia – esimerkiksi yksittäisiä atomeja, molekyylejä tai fotoneja, jotka on suojattu huolellisesti muulta maailmalta. Mutta entä makroskooppiset objektit, jotka koostuvat käsittämättömän suuresta määrästä hiukkasia? Voivatko nekin tarjota suoran kurkistuksen kvanttimaailmaan?

Tutkijat osoittivat nyt, että tämä on mahdollista. Kun ceriumista, palladiumista ja piistä valmistettua kidepalaa tutkittiin, siinä havaittiin korkea kvanttilomittumisen aste.

Havainto luo uuden sillan kiinteän olomuodon fysiikan ja kvanttifysiikan välille: kvanttilomittumista voidaan mitata suoraan makroskooppisessa oudossa metallimateriaalissa.

”Lähestymistapamme on erilainen”, sanoo professori Silke Bühler-Paschen. ”Emme yritä saattaa kidettä kokonaisuutena kahden tilan superpositioon. Sen sijaan kysymme, ovatko sen osatekijät – yhdessä – tällaisessa tilariippuvuudessa.” Koe muistuttaa siis enemmän muurahaiskekoa kuin Schrödingerin kissaa: kun sitä häiritään, yksittäinen muurahainen ei reagoi, vaan koko yhdyskunta kollektiivisesti.

Tutkimuksen tieteellinen motiivi oli ymmärtää paremmin kiteen outoa metallikäyttäytymistä – käyttäytymistä, jota havaitaan myös muissa materiaaliluokissa, kuten korkean lämpötilan suprajohteissa. Viime vuosina tutkimus aiheesta on tehostunut, ja yhä enemmän epätavallisia ominaisuuksia on tullut esiin.

TU Wienin ja Rice Universityn Yhdysvalloissa tekemässä yhteistyössä havaittiin vuonna 2025, että sähkövirta kulkee tällaisten materiaalien läpi hämmästyttävän "hiljaisella" eli vähäkohinaisella tavalla. Lomittumisen löytäminen tarjoaa nyt uuden mahdollisen selityksen tälle ilmiölle: hiukkaset eivät ole kadonneet, vaan koordinoituvat vaimentaakseen virranvaihteluita.

”Näkemämme ei ole yhden tietyn materiaalin yksityiskohta, vaan yleinen fysikaalinen periaate”, sanoo tutkimuksen pääteoreetikko, Würzburgin yliopiston Fakher Assaad. ”Vahva lomittuminen näyttää liittyvän suoraan outojen metallien epätavalliseen käyttäytymiseen.”

Aiheesta aiemmin:

Voiko sähkö virrata ilman elektroneja?

Outo metalli on nyt vähemmän outo