Trong một phòng thí nghiệm ở Okinawa, lần đầu tiên các nhà khoa học đã khiến các spin lượng tử của electron dịch chuyển một vật thể có kích thước cỡ một xentimét. Viên kim cương, được treo lơ lửng phía trên một tấm than chì, đã dịch chuyển một trăm nanomét — một khoảng cách tương đương với một phần nghìn sợi tóc người. Đây không chỉ là một mánh khóe kỹ thuật: thí nghiệm cho thấy các lực của thế giới vi mô có thể tác động lên những vật mà ta vẫn quen coi là cổ điển và chịu tác dụng của trọng lực như thế nào.
Nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa đã sử dụng những khuyết tật đặc biệt trong tinh thể kim cương — các tâm nitơ–lỗ trống. Những khuyết tật này cho phép điều khiển các spin của electron bằng ánh sáng laser. Tấm than chì lơ lửng trên một bàn cờ làm từ các nam châm nhờ tính nghịch từ, còn viên kim cương nặng vài miligam thì treo ở phía dưới. Khối lượng tổng cộng của hệ là khoảng 128 miligam.
Khi laser chiếu xung vào viên kim cương, các spin của electron tạo ra những dao động từ trường bé xíu. Những dao động này biến thành một lực cơ học đẩy toàn bộ vật thể lên xuống. Chuyển động được ghi lại bằng giao thoa kế. Trong không khí, độ dịch chuyển đạt tới một trăm nanomét, còn trong chân không — tới một micromét rưỡi. Điều quan trọng là lực phát sinh chính từ hiệu ứng lượng tử, chứ không phải từ nhiệt hay rung động.
Trước đây, người ta chỉ có thể quan sát các lực spin trên từng nguyên tử riêng lẻ. Giờ đây, ranh giới giữa thế giới lượng tử và thế giới cổ điển đã dịch chuyển tám đến chín bậc theo khối lượng. Vật thể đã đủ lớn để trọng lực tác động lên nó một cách rõ rệt — điều này mở ra con đường kiểm chứng liệu trọng lực có tuân theo các quy tắc lượng tử hay không.
Thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng, sử dụng thời gian kết hợp dài của các spin trong tâm NV. Các nhà khoa học nhấn mạnh: đây là một bước đi từ cái lớn đến cái nhỏ. Cũng giống như lực nâng nghịch từ nâng các đoàn tàu đệm từ lên, ở đây nó cho phép cô lập hệ khỏi những nhiễu loạn bên ngoài và quan sát phản hồi lượng tử thuần khiết.
Trong tương lai, phương pháp này sẽ giúp tạo ra các chồng chập vĩ mô — những trạng thái mà vật thể đồng thời tồn tại ở hai nơi. Các nhà nghiên cứu hy vọng tiến gần tới quy mô của «con mèo Schrödinger» và chế tạo những cảm biến siêu chính xác để tìm kiếm vật chất tối hay sóng hấp dẫn. Hiện tại chuyển động vẫn mang tính cổ điển, nhưng nó được gây ra bởi một lực lượng tử.
Công trình được công bố trên Science Advances. Nó cho thấy ranh giới giữa các thế giới không quá khó vượt qua như ta tưởng, và mỗi xentimét mới lại đưa chúng ta đến gần hơn với sự hiểu biết về cấu trúc của thực tại.
