W laboratorium na Okinawie naukowcy po raz pierwszy sprawili, że spiny kwantowe elektronów przesunęły obiekt o rozmiarze centymetra. Diament zawieszony nad grafitową płytką przemieścił się o sto nanometrów — odległość porównywalną z tysięczną częścią ludzkiego włosa. To nie jest zwykły techniczny wyczyn: eksperyment pokazuje, jak siły mikroświata mogą wpływać na rzeczy, które przywykliśmy uważać za klasyczne i podlegające grawitacji.
Zespół z Okinawskiego Instytutu Nauki i Technologii wykorzystał szczególne defekty w krysztale diamentu — centra azot-wakancja. Te defekty pozwalają kontrolować spiny elektronów za pomocą światła laserowego. Grafitowa płytka lewitowała nad szachownicą z magnesów dzięki diamagnetyzmowi, a diament o masie kilku miligramów wisiał poniżej. Całkowita masa układu — około 128 miligramów.
Gdy laser impulsowo oświetlał diament, spiny elektronów wytwarzały drobne drgania magnetyczne. Te drgania zamieniały się w siłę mechaniczną, która popychała cały obiekt w górę i w dół. Ruch rejestrowano interferometrem. W powietrzu przesunięcie sięgało stu nanometrów, w próżni — do półtora mikrometra. Istotne jest to, że siła powstawała właśnie wskutek efektu kwantowego, a nie od ciepła czy wibracji.
Wcześniej siły spinowe udawało się obserwować tylko na pojedynczych atomach. Teraz granica między światem kwantowym a klasycznym przesunęła się o osiem-dziewięć rzędów wielkości pod względem masy. Obiekt jest już wystarczająco duży, by działała na niego w zauważalny sposób grawitacja — otwiera to drogę do sprawdzenia, czy grawitacja podlega regułom kwantowym.
Eksperyment przeprowadzono w temperaturze pokojowej, wykorzystując długą koherencję spinów w centrach NV. Naukowcy podkreślają: to krok od dużego do małego. Podobnie jak lewitacja diamagnetyczna unosi pociągi na poduszce magnetycznej, tutaj pozwoliła odizolować układ od zewnętrznych zakłóceń i zobaczyć czysty odzew kwantowy.
W perspektywie metoda pomoże tworzyć makroskopowe superpozycje — stany, w których obiekt znajduje się jednocześnie w dwóch miejscach. Badacze mają nadzieję zbliżyć się do skali „kota Schrödingera” i zbudować ultraprecyzyjne czujniki do poszukiwania ciemnej materii lub fal grawitacyjnych. Na razie ruch pozostaje klasyczny, ale jest wywołany siłą kwantową.
Praca została opublikowana w Science Advances. Pokazuje, że granica między światami nie jest tak nieprzekraczalna, jak się wydawało, i każdy nowy centymetr przybliża nas do zrozumienia budowy rzeczywistości.
