دانشمندان مرکز هوافضای آلمان (DLR) ثابت کرده‌اند اتم‌ها می‌توانند حرکت موجی‌شکل داشته باشند. این چنین آزمایشی پیش‌ازاین غیرممکن برداشت می‌شد، اما در‌های جدیدی در فیزیک کوانتومی گشوده شده‌اند. در این آزمایش، از اتم‌ها و یک ورق گرافن با ضخامت یک اتم منفعت گیری شد تا اتفاق کوانتومی آشنایی بازسازی شود: پراش ذره (Particle diffraction).

این پژوهش می‌تواند راه را برای گسترش فناوری‌های انقلابی، همانند شناساگر‌های موج گرانشی زیاد حساس، هموار کند.

یقیناً داستان این کشف از تقریباً یک قرن پیش اغاز شده می بود. ۱۹۲۷، «جرج پاجت تامسون» (George Paget Thomson)، فیزیک‌دان انگلیسی، نشان داد هنگامی الکترون‌ها از داخل شبکه‌ای کریستالی عبور کنند، الگوی پراشی تشکیل می‌شود. راه اندازی الگوی پراشی از مشخصه‌های حرکت موجی‌شکل است.

کشف تامسون نه‌فقط جایزه نوبل فیزیک را برای او به ارمغان آورد، بلکه تبدیل پیشرفت‌هایی همانند میکروسکوپ الکترونی شد. یک قرن قبل، دانشمندان به‌جستوجو تکرار این تاثییر پراشی با اتم‌ها بودند، اما راه حلهای قدیمی نیازمند شبکه‌هایی خاص با شکاف‌های نسبتاً بزرگ بودند که حساسیت الگو‌های پراشی ایجادشده را محدود می‌کردند.

الگوی پراش اتمی دایره‌ای که دانشمندان ثبت کرده‌اند

اثبات حرکت موجی‌شکل اتم‌ها

مشکل اساسی این می بود که منفعت گیری از شبکه‌ای کریستالی برای اتم‌ها غیرممکن به نظر می‌رسید؛ چون اتم‌های پرانرژی ملزوم برای این آزمایش به کریستال‌ها صدمه می‌زدند. اما دانشمندان DLR این آزمایش غیرممکن را انجام داده‌اند.

آنها اتم‌های پرانرژی هلیم و هیدروژن را به یک صفحه گرافن (یک لایه اتم کربن متصل به هم) هدایت کردند. به‌نحوه غافلگیرکننده‌ای، سپس از ۱۰۰ ساعت شلیک اتم، گرافن هیچ آسیبی ندید و الگوی دایره‌ای پراش راحتی ثبت شد. این آزمایش اولین نمایش پیروزی‌آمیز پراش اتمی از شبکه‌ای کریستالی است.

راز این دستاورد در دینامیک انرژی اتم‌ها نهفته است. اتم‌ها از طریق مبادله غیرقابل‌شناسایی انرژی با اتم‌های گرافن، خصوصیات موج کوانتومی خود را نگه داری کردند. برای فهمیدن بهتر این اتفاق مثالی را درنظر بگیرید. فکر کنید در اتاقی شلوغ یک نفر یکی از در‌ها را بی‌سروصدا بازوبسته می‌کند. هیچ‌کس نمی‌داند کدام در باز‌وبسته شد، بعد حرکت موجی‌شکل نگه داری می‌شود.

دلالت‌های این آزمایش زیاد عمیق‌اند. دانشمندان می‌توانند از این کشف برای گسترش تداخل‌سنج‌های اتمی با حساسیت بی‌سابقه منفعت گیری کنند. یکی از کاربرد‌های این تداخل‌سنج‌ها شناسایی امواج گرانشی با دقتی فراتر از ظرفیت رصدخانه‌های امروزی است. دانشمندان درمورد کاربرد‌های بالقوه حرکت موجی‌شکل اتم‌ها و پراش اتمی خوش‌بین می باشند. این آزمایش احتمالا پرچم‌دار جهش بزرگی در پژوهش‌های کوانتومی باشد.

این دستاورد نه‌فقط امکانات مکانیک کوانتوم را از نو تعریف می‌کند، بلکه طبیعت مدام متغیر علم را نیز به رخ می‌کشد. مدام چالش‌های انگارً غیرممکن الهام‌قسمت نوآوری‌هایی خواهد شد که آینده را شکل خواهند داد.

نتایج مطالعه دانشمندان DLR پیش از قضاوت در وب‌سایت arXiv در دسترس است.